ESPERIENZA N° 6 - CALORE - LAVORO - Esperienza di Joule

·   &nbs 212e45c p;   &nbs 212e45c p; Base per calorimetro e morsetto;

·   &nbs 212e45c p;   &nbs 212e45c p; Treccia di rame;

·   &nbs 212e45c p;   &nbs 212e45c p; Grande massa da 5 Kg;

·   &nbs 212e45c p;   &nbs 212e45c p; Panno di lana;

·   &nbs 212e45c p;   &nbs 212e45c p; Gancio e molla che sostengono la treccia,

·   &nbs 212e45c p;   &nbs 212e45c p; Becher e siringa;

·   &nbs 212e45c p;   &nbs 212e45c p; acqua.

6.2.2 Strumenti di misura:

·   &nbs 212e45c p;   &nbs 212e45c p; Termometro digitale =     -Sensibilità: 0,1 °C -Portata: -99,9/+99,9 °C

6.3 ESECUZIONE DELL'ESPERIENZA E RACCOLTA DATI

La termodinamica è lo studio degli scambi energetici fra un sistema e l'ambiente con cui esso viene a contatto con riguardo particolare alla trasformazione di lavoro in calore e viceversa.

Con questo esperimento si vuole verificare, come fece Joule con il calorimetro di sua invenzione che sia il calore che il lavoro sono due forme diverse della stessa grandezza fisica, l'energia calcolando l'equivalente meccanico della caloria: il Joule.

6.3.1 Assemblaggio dell'attrezzatura e predisposizione degli strumenti di misura

a)    Inserire 90 ml di acqua nel calorimetro, tapparlo e inserire al suo interno  il termometro.

b)    Fissare la base con il calorimetro al tavolo tramite la morsa.

c)    Avvolgere la treccia di rame sul calorimetro, un'estremità collegata alla molla mentre l'opposta, alla massa da 5 kg che resterà sospesa da terra.

d)    Avvolgere attorno al calorimetro un panno di lana.

6.3.2 Fasi dell'esperienza

a)    Prendere nota della temperatura sul termometro inserito nel calorimetro.

b)    Cominciare a ruotare la manovella in senso orario poggiando una mano sul panno di lana che ricopre il calorimetro.

c)    Contare il numero di giri.

d)    Finiti i giri prestabiliti rileggere la temperatura sul termometro aspettando che essa si stabilizzi.

e)    Eseguire tre prove in successione effettuando 100 giri nella prima, 200 nella seconda e 300 nell'ultima.

Legenda:

N= Numero della prova.

M= Massa del peso, che come unità di misura ha il kg

g= Accelerazione di gravità, la cui unità di misura è il m/s²

= P greco, utilizzato per trovare la circonferenza del calorimetro, non ha unità di misura.

D= Diametro del calorimetro, unità di misura sono i m

n= Numero di giri fatti con la manovella.

m= Massa dell'acqua nel calorimetro, la sua unità di misura è il Kg

Me= Massa equivalente, anche qui l'unità di misura è il g.

Cs= Calore specifico (acqua), la sua unità di misura è il kcal/ kg*°C

Ti= Temperatura iniziale della prova, unità di misura °C

Tf= Temperatura finale della prova, unità di misura sempre il °C

6.4 ELABORAZIONE DATI E RISULTATI OTTENUTI

Dopo aver raccolto tutti i dati necessari per la relazione, bisogna applicarvi delle formule matematiche, in questo caso i dati sono stati rilevati e misurati con sottomultipli delle unità di misura, ma in tabella sono già stati inserite le unità del SI.

Per fare quest'esperienza bisogna calcolare il lavoro e il calore. Quest'ultimo si trova grazie alla seguente formula: ∆q = m*Cs_H2O*∆T che scomposta può essere scritta così: ∆q = (Me + m)*Cs_H2O*∆T . Me è la massa equivalente, si può considerare un fattore di correzione costante e non misurato nelle prove, Cs non è altro che il calore specifico dell'acqua. La formula per trovare il lavoro è la seguente: L=f*s anche questa può subire una scomposizione: L=M*g* *D*n *D*n, n sta ad indicare il numero di giri effettuati, in base alla circonferenza del calorimetro. Infatti lo spostamento in questo caso è uguale alla lunghezza della circonferenza del calorimetro per il numero dei giri nella prova.

La formula finale per trovare il Joule è la seguente:

grazie a questa formula si trova il Joule, il dato che si verificherà dovrà essere il più simile possibile a 4186J. Infine si esegue la media matematica dei tre risultati e si trovano il valore assoluto e relativo percentuale.

Utilizzando i dati della tabella precedente si calcolano ora il calore e gli errori ad esso collegati.

Legenda:

∆T= Differenza tra le temperature finali e quelle iniziali, la loro unità di misura è il °C

J= E' il valore che indica il Joule, la cui unità di misura è il J/kcal

Jm= Indica il valore medio del Joule

Ea= Errore assoluto nel ricavare i dati

E%= Errore percentuale dell'esperienza, non ha unità di misura

6.5 CONCLUSIONI E LIMITI DELL'ESPERIENZA

L'esperienza è riuscita in modo molto soddisfacente, si è riscontrato un errore del 3% che può essere collegato a molte cause: giri di manovella non corretti o saltati (soprattutto nell'ultima serie, quella da 300 giri) oppure il calore si è disperso nonostante il panno di lana ricoprisse il calorimetro. La prova però è riuscita comunque, infatti il valore medio del Joule è molto simile al valore reale e teorico.