Equilibrio termico ed Interazione termica

fisica

Titolo: Equilibrio termico ed Interazione termica

Scopo: Verificare lo scambio di calore e l'interazione termica fra due corpi, misurare la temperatura di equilibrio direttamente e indirettamente e infine confrontare i due valori ottenuti.

Materiali:Calorimetro,Termometro,Spruzzetta,Acqua, Becher grande(300mL),Becher piccolo(100mL).

Schema:

Calorimetro

Procedimento:

Questa esperienza è stata svolta in 3 parti: 

Masse uguali a temperatura diversa.

Masse diverse alla stessa temperatura.

Masse diverse a temperatura diversa

1^Parte:Masse uguali a temperature diverse

Determinare i volumi dell' acqua presente nei 2 becher

Misurare la temperatura dell'acqua contenuta nel becher piccolo e nel becher grande.

Introdurre nel becher più grande l'acqua del becher più piccolo.

Determinare la temperatura d'equilibrio

2^Parte:Masse diverse alla stessa temperatura

Determinare i volumi delle due quantità d'acqua

Misurare la temperatura dell'acqua contenuta nel becher grande e nel calorimetro

Mescolare le due quantità d'acqua all'interno del calorimetro

Determinare la temperatura d'equilibrio

3^Parte: Masse diverse a temperature diverse 

Determinare i volumi delle due quantità d'acqua

Misurare la temperatura dell'acqua contenuta nel becher e nel calorimetro.

Mescolare le due quantità d'acqua all'interno del calorimetro

Misurare la temperatura d'equilibrio

Dati:

1^Parte:Masse uguali a temperature diverse

2^Parte:Masse diverse alla stessa temperatura

3^Parte:Masse diverse a temperature diverse

Elaborazione:

1^Parte:Masse diverse alla stessa temperatura

Calcolo della temperatura d'equilibrio

m₁ = 100 mL ∙ 1 g / cm³ = 100 g

m₂ = 150 mL ∙ 1 g / cm³ = 150 g

t _eq = [(100 g + 150 g) ∙ 14 °C] / (100 g + 150 g) = 14 °C

Calcolo degli errori

E _ass (m₁ + m₂) = 1 g + 1 g = 2 g

E _rel (m₁ + m₂) = 2 g / (100 g + 150 g) = 0,008

E _rel (t) = 1 °C / 14 °C = 0,07

E _rel (n) = 0,008 + 0,07 = 0,078

E _rel (d) = [1 g + 1 g] / (100 g + 150 g) = 0,008

E _ass (t _eq) = [0,078 + 0,008] ∙ 14 °C = 1,2 °C

2^Parte:Masse uguali a temperatura diversa

Calcolo della temperatura d'equilibrio

m₁ = 100 mL ∙ 1 g / cm³ = 100 g

m₂ = 100 mL ∙ 1 g / cm³ = 100 g

t _eq = (14 °C + 47 °C) / 2 = 30,5 °C

Calcolo degli errori

E _ass (t _eq) = 1 °C + 1°C = 2 °C

3^ParteMasse diverse a temperatura diversa

Calcolo della temperatura d'equilibrio

m₁ = 100 mL ∙ 1 g / cm³ = 100 g

m₂ = 50 mL ∙ 1 g / cm³ = 50 g

t _eq = (14 °C ∙ 100 g + 47 °C ∙ 50 g) / (100 g + 50 g) = 25 °C

Osservazioni:

Il calorimetro che abbiamo usato per le prove non è del tutto isolato questo comporta il calcolo degli errori nelle prove dove è stato usato, inoltre il calorimetro non è stato usato come strumento di misura.

Durante il mescolamento dei liquidi nel calorimetro, occorre miscelare il tutto, in modo che il calore di uno dei due fluidi si distribuisca uniformemente.

Esempi / confronti con la realtà:

Se mescoliamo dell'olio a bassa temperatura con dell'acqua a temperatura più alta, questi corpi entrano in interazione termica, cioè vuol dire che il corpo più freddo acquista calore dal secondo più caldo, che successivamente lo cede a quello più freddo.

Un confronto con la realtà è quello di quando due mani,una più calda e l'altra più fredda si stringono,tra di loro c'è un interazione termica,cioè,la mano più calda cede calore a quella più fredda e viceversa,fino a raggiungere un equilibrio termico.

Conclusioni:

Nella prima prova, la temperatura d'equilibrio corrisponde con la temperatura iniziale dei corpi perché la temperatura a cui si trovano i due fluidi è la stessa. Anche nella terza prova i valori della temperatura misurata e calcolata corrispondono, invece nella seconda prova la temperatura misurata si discosta di circa 1,5 °C da quella calcolata.