Relazione di laboratorio

MISURA DEL CALORE SPECIFICO DI UN SOLIDO CON il calorimetro delle mescolanze

Bordonaro V., Di Resta M., Guarducci D., Zolfaqaari E.

start

indice

obiettivo

tabella dei dati

teoria

considerazioni

materiale

difficoltÀ incontrate

sperimentazione

fine

obiettivo

Lo scopo della sperimentazione condotta in laboratorio consiste nel determinare il calore specifico di un oggetto metallico attraverso l'utilizzo di un calorimetro delle mescolanze. Questa misurazione viene eseguita utilizzando una quantità predeterminata di acqua, con particolare attenzione alla registrazione delle variazioni di temperatura prima e dopo l'introduzione dell'oggetto metallico. La validità di tali risultati è sottoposta a verifica sia mediante approccio sperimentale, mediante opportune misurazioni, che mediante un'analisi teorica basata sullo studio del calore specifico. Inoltre, oggetto di studio sono anche gli scambi di calore in un sistema termicamente isolato.

INDIETRO

teoria

La grandezza fisica oggetto di attenzione in questa esperienza è il calore specifico. Il calore specifico è una proprietà fisica di una sostanza che indica la quantità di calore necessaria per innalzare (o abbassare) la temperatura, di 1 kg di sostanza, di 1K.

Il calorimetro costituisce un sistema ipotetico isolato, all'interno del quale, conformemente alle leggi della termodinamica, non si verificano né scambi di energia né scambi di materia.

--->

Conformemente alla prima legge della termodinamica, l'energia totale di un sistema isolato si mantiene costante nel tempo. In altre parole, l'energia non può essere generata né eliminata, ma può unicamente subire trasformazioni di forma o essere trasferita da un punto all'altro. Tale trasferimento si verifica esclusivamente attraverso scambi di calore o lavoro.

+ info

INDIETRO

materiali

• Calorimetro;

• Termometro digitale;

• Bollitore elttrico;

• Acqua;

• Bilancia;

• becker graduato;

• Bicchiere;

• Cronometro;

• Bulloni di metallo.

INDIETRO

SPERIMENTAZIONE:

Il primo passo dell'esperimento implica la taratura della bilancia con un becker vuoto. Successivamente, si aggiungono approssimativamente 250 ml di acqua e se ne misura la massa con la massima precisione possibile (220g). La quantità di acqua così ottenuta viene quindi trasferita nel calorimetro, che viene tappato e all'interno del quale viene posizionato un termometro digitale. Inizia quindi il processo di registrazione della temperatura dell'acqua ogni 10 secondi. Nel frattempo, si procede a pesare circa ulteriori 250 ml di acqua, che vengono successivamente portati a ebollizione. Mentre l'acqua raggiunge il punto di ebollizione, le misurazioni della temperatura dell'acqua fredda proseguono. Una volta che l'acqua raggiunge l'ebollizione, si procede alla misurazione della sua temperatura. Successivamente, la temperatura dell'acqua bollente viene versata nel calorimetro, mentre le misurazioni della temperatura continuano per almeno altri 5 minuti. Al fine di agevolare gli scambi di calore, si consiglia di agitare delicatamente il calorimetro durante questi 5 minuti.

--------

---->

Anche in questa circostanza, l'esperimento è stato avviato attraverso la taratura della bilancia con il becker vuoto posizionato sopra. Successivamente, abbiamo versato circa 450 ml di acqua e ne abbiamo misurato con precisione la massa. Questa specifica quantità di acqua è stata poi inserita nel calorimetro, che è stato sigillato e all'interno del quale è stato posizionato un termometro. Inizia quindi la fase di registrazione dei valori di temperatura. Successivamente, è stato necessario utilizzare un bullone metallico, il cui peso è stato verificato mediante la bilancia. Successivamente, il bullone è stato posizionato all'interno di un bollitore insieme a dell'acqua, che è stata portata ad ebollizione. Una volta che l'acqua ha raggiunto il punto di ebollizione, ne è stata misurata la temperatura, che è quindi uguale a quella del bullone. Successivamente, il bullone è stato inserito nel calorimetro. Anche in questa fase, le misurazioni della temperatura sono proseguite per almeno 5 minuti, accompagnate da un'agitazione costante e delicata per agevolare gli scambi di calore.

INDIETRO

tabella dei dati

INDIETRO

tabella dei dati

INDIETRO

tabella dei dati

INDIETRO

tabella dei dati

INDIETRO

grafico prima e seconda parte dell'esperimento

Grafico della prima parte dell'esperimento: https://www.geogebra.org/m/upzqmeem

Grafico della seconda parte dell'esperimento:

INDIETRO

elaborazione dei dati:

Procediamo ora al calcolo del calore specifico dell'oggetto metallico, che rappresenta l'obiettivo principale del nostro esperimento. In questo caso, l'oggetto in questione è un bullone inserito nell'acqua, utilizzando la formula indicata nelle informazioni presenti nella slide teorica.

I nostri dati:- m1 = 420g; -T1 = 17.2 °C; -Te = 100 °C;

- C = 4.18 J/g °C;- m2 = 440g;-T1 = 89.4 °C; -Te = 100 °C;

---->

Formula da usare: c=(m1cacqua(Cacqua))(ΔT1)/[m2(ΔT2)].

---->

c=(m1cacqua)(ΔT1)/[m2(ΔT2)]: c = (420 g)(4.18J / g °C) (82.8 °C) / [440 g (10.6 °C) c = 31.167 J / g °C ---> c (in kg) = 31.167 J / g °C * 1000 => c = 31,167 J / Kg °C.

ΔT1 = 82.8 °C;ΔT2 = 10.6 °C; A questo punto ci rimane solo calcolare il calore specifico, andando a sostituire i dati con l'unità di misura opportuna nella formula. Facendo questo otteniamo:

---->

Il calore specifico di 31,167 J/kg°C è in linea con i calori specifici di molti metalli, ma non fornisce una identificazione univoca del materiale del bullone. Tuttavia, alcune opzioni comuni che potrebbero avere un calore specifico simile includono l'alluminio e il rame.

INDIETRO

considerazioni

Considerando che il nostro scopo principale era determinare il calore specifico del bullone fornito e identificare il materiale di cui è fatto, riteniamo che l'esperimento sia stato complessivamente riuscito. È importante notare che tali conclusioni sono basate su supposizioni teoriche, poiché per una piena comprensione del materiale è necessario disporre di ulteriori dati. Tuttavia, nel complesso, abbiamo conseguito con successo l'obiettivo prefissato.

L'esito ottenuto ci lascia intravedere una certa dose di perplessità in merito alla composizione effettiva del bullone, soprattutto se si considera l'improbabilità che il suo materiale costitutivo sia alluminio o rame. Questa constatazione ci crea molta curiosità e ci porta ad avere una riflessione più approfondita sulla natura del materiale impiegato nella realizzazione di questo componente.

INDIETRO

FINE!

Grazie da: - Bordonaro Vanni Yang = coordinazione della fase pratica dell'esperimento; - Di Resta Matteo = relazione dell'esperienza con annessa teoria e elaborazione dei dati acquisiti; - Guarducci Davide = coordinazione della fase pratica dell'esperimento; - Zolfaqaari Erfan = relazione dell'esperienza con annessa teoria e elaborazione dei dati acquisiti;

Formula del primo principio

ΔU = Q − W

• ΔU rappresenta la variazione di energia interna del sistema;
• Q è il calore fornito al sistema;

• W è il lavoro compiuto dal sistema.

Dove:

Formula del calore specifico:

c=(m1cacqua(C))(∆T1)/[m2(∆T2)].

• m1 rappresenta la massa dell'acqua;

• ∆T rappresenta la differenza fra la Te (ebollizione) e la temperatura dell'acqua;

• m2 rappresenta la massa del nostro oggetto metallico
• ∆T2 rappresenta la differenza fra Te e la temperatura dell'oggetto
• C rappresenta il calore specifico dell'acqua (4.18 J / g °C)

Dove: