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TRASFORMAZIONE DEL LAVORO MECCANICO IN CALORE

fisica


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TRASFORMAZIONE DEL LAVORO MECCANICO IN CALORE:

Obiettivo:

 

Materiali - calorimetro di Callender

-     939h77j      939h77j Termometro (sensibilità: 0.2 °C)



-     939h77j      939h77j fettuccia di rame

-     939h77j      939h77j acqua

-     939h77j      939h77j molla

-     939h77j      939h77j solido (m1= 5 Kg)

-     939h77j      939h77j bilancia (sensibilità: 1 g)

Procedimento:

 

1-     939h77j Riempire il calorimetro con una data quantità d'acqua ;

2-     939h77j Calcolare tramite l'utilizzo del termometro la temperatura iniziale dell'acqua (T1) ed in seguito la massa (mH2O);

3-     939h77j Calcolare, con l'utilizzo della bilancia elettronica, la massa della fettuccia e del calorimetro (mcal + mfet)

4-     939h77j Calcolare il diametro del calorimetro (d): in questo caso è necessario compiere più di una misura ed in seguito calcolare il valor medio delle misure rilevate.

5-     939h77j Avvolgere accuratamente il calorimetro con la fettuccia di rame, fissata per un' estremità ad una molla e per  l'altra ad un peso (m1).

6-     939h77j A questo punto è necessario compiere un determinato numero di giri del calorimetro (tramite un'apposita manovella collegata al sistema).

7-     939h77j Alle conclusione di questo procedimento si misura la temperatura dell'acqua all'interno del calorimetro (T2) e si effettuano i calcoli, atti a determinare il rapporto tra lavoro e calore (L/dQ).

 

 

Dati

 

.     939h77j    Massa dell'acqua:    mH2O= 58.66 g

.     939h77j    Temperatura iniziale (H2O): T1= 23.4 °C

.     939h77j    Temperatura finale (H2O): T2 = 28 °C             

.     939h77j    Diametro del calorimetro: d1= 46.7 mm      d (medio)= 46.65 mm =0.04665 m

                                                   d2= 46.6 mm

.     939h77j    Massa del calorimetro + massa fettuccia Cu : mcal + mfet= 127.88 g

.     939h77j    Massa del solido: m1= 5 Kg

.     939h77j    Numero di giri compiuti: n°giri= 200

 

 




Calcoli

A)    Calcolo del Lavoro:

L = G x x                                                (Lavoro è il prodotto scalare tra massa G e spostamento x)

G= m1 . g = 5 Kg . 9.81 m/s2= 49 N

x= n°giri . p.d = 200 . p.  0.04665 m= 29.531 m

L= 1447.019 j

B)     939h77j Calcolo del calore:

dQ= (CH2O. mH2O + E1 + E2) . (T2-T1)                        [E1 = (mcal + mfet ) . Ccu]   Ccu=0.092 cal/g °C

                                                                                     [ E2 = 0.8 cal/°C]

dQ= (1 cal/g°C . 58.66g + 11.765g + 0.8 cal/g°C) (28 °C - 23.4°C)= 327.635 cal

C)    Rapporto tra lavoro e calore:

L / dQ = 1447.019 N /  327.635 cal/°C= 4.416 j/cal

Calcolo dell'errore percentuale:


                4.184 - 4.416

e% =                                    x 100 = 5.5 %

                     4.184

Conclusioni:

Con questo esperimento si è potuto calcolare l'equivalente meccanico del calore.

Questo viene indicato usualmente con la lettera J, ed è il rapporto numerico costante tra le due grandezze fisiche omogenee calore e lavoro. In una qualunque trasformazione di un sistema termodinamico, il rapporto tra la quantità di calore Q e di lavoro L scambiati dal sistema con l'esterno è indipendente dal particolare tipo di sistema, e vale L/Q = J = 4,184 j/cal.







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