Determinazione sperimentale della massa equivalente di un calorimetro delle mescolanze

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Il calorimetro:

Il calorimetro è un dispositivo per la misura della quantità di calore e delle proprietà termiche delle sostanze nel quale avviene uno scambio di energia vincolato dalla dispersione. E' un contenitore adiabatico quindi non c'è scambio di calore con l'ambiente esterno, l'unico scambio energetico è quello che c'è all'interno. Il calore viene condotto per conduzione che è la propagazione del calore caratteristica dei corpi solidi. E' costituito da un coperchio, che non è un buon conduttore di calore, munito di miscelatore, cioè un cerchietto collegato all'esterno che serve per miscelare. Nel coperchio c'è anche l'agitatore e un buco dove viene posto il termometro. Siccome al trasferimento tra l'esterno e l'interno deve essere rapido, c'è il rischio di rompere la parete di vetro, quindi per evitare questo si adagia una reticella nel fondo così quando si muove il miscelatore sbatte contro questa. L'involucro esterno è realizzato con un materiale isolante termico, in questo caso di plastica. All'interno il cilindro è costituito dal vetro con superficie argentata trattata in maniera speculare che serve per evitare lo scambio con l'esterno, quindi si può vedere che ha la doppia parete.

Il cilindro graduato:

Per effettuare questa prova abbiamo sfruttato il principio di equilibrio termico: ponendo a contatto un corpo freddo e uno più caldo, si verifica uno scambio di calore, al termine del quale le temperature dei due corpi raggiungono un valore comune, intermedio tra la temperatura del corpo freddo e quella del corpo caldo che si chiama temperatura di equilibrio e dipende naturalmente dalle temperature iniziali dei due corpi, ma anche dalle sostanze di cui sono costituiti e dalla loro massa. Per cominciare abbiamo preso il cilindro graduato e abbiamo inserito all'interno 250 g di acqua che poi abbiamo messo nel calorimetro. Prima abbiamo fatto una breve considerazione: 1cm³ è equivalente a 1ml che è equivalente a 1g; il cilindro graduato è in cm³ quindi ogni valore è uguale in ml e in g quindi i 250 cm³ sono equivalenti a 250g e 250ml di acqua. Nei nostri dati infatti abbiamo scritto:

m₁ = 250g = massa dell'acqua inserita nel calorimetro

t₁ = 17.6° C = temperatura in ° C di questa massa d'acqua

Abbiamo alzato il coperchio e abbiamo messo l'acqua nel calorimetro. Poi abbiamo preso un'altra massa d'acqua dello stesso valore e l'abbiamo messa nel recipiente e poi sul fornello.

m₂ = 250g = massa dell'acqua inserita nel recipiente

t₂ = 60° C = temperatura stabilita dai noi di questa sul fornello

L'acqua infatti l'abbiamo messa sul fornello fino a quando ha raggiunto la temperatura che noi volevamo.

Abbiamo successivamente calcolato la quantità di calore dell'acqua nel calorimetro e di quella nel fornello e poi anche la temperatura di equilibrio:

Q₁ = Cs x m₁x t

Q₂ = Cs x m₂ x Δt

t_eq = temperatura intermedia alle due

Q₁ = Q₂

Successivamente, quando l'acqua ha raggiunto la temperatura di 60° C, l'abbiamo aggiunta all'acqua dentro al calorimetro fino a quando ha ottenuto la temperatura di equilibrio. Non tutto il calore viene ceduto alla massa d'acqua infatti un certo quantitativo di calore serve per riscaldare le pareti adiacenti e l'ambiente del calorimetro ( reticella, termometro.) e viene dispersa.

Abbiamo così apportato delle modifiche ai calcoli:

Q₁ = Cs x m₁x Δt = Cs x (m₁ + m_eq) x t = la massa d'acqua è come se fosse maggiore e quindi prende il nome di massa equivalente del calorimetro.

La massa equivalente è la quantità di energia per riscaldare tutta la massa.

Abbiamo ancora modificato le formule:

Q₁ = Cs x m₁x Δt = Cs x (m₁ + m_eq) x t = Cs x (m₁ + m_eq) x (t_eq - t₁)

Q₂ = Cs x m₂ x (60 -  t_eq)

t_eq = 36.2° C = acqua della pentola nel calorimetro, temperature vista nel termometro

Cs m₁ + m _eq) x (t _eq - t ₁) = Cs x m₂ (60 - t _eq)

m_eq = - m₁= - 250 g= (5950 g : 18.6 g) - 250 g = (319.90 - 250)g = 69.9 g = 70 g