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Esperimento di Joule

fisica


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Esperimento di Joule


Obbiettivo: verificare l'effetto Joule su di una resistenza attraversato da corrente, e misurare l'equivalente termico della caloria.


Materiali: - Acqua distillata (H2O, 300g=0,3Kg=300ml);

-   &nb 333d32d sp;   &nb 333d32d sp;  Calorimetro con agitatore;

-   &nb 333d32d sp;   &nb 333d32d sp;  Termometro (±1 °C);

-   &nb 333d32d sp;   &nb 333d32d sp;  Generatore;



-   &nb 333d32d sp;   &nb 333d32d sp;  Fili conduttori;

-   &nb 333d32d sp;   &nb 333d32d sp;  2 Resistenze;

-   &nb 333d32d sp;   &nb 333d32d sp;  Cronometro (±1 sec);

-   &nb 333d32d sp;   &nb 333d32d sp;  Voltometro (± 0,5 V);

-   &nb 333d32d sp;   &nb 333d32d sp;  Amperometro (± 0,1 A);


Procedimento:



Dopo aver montato il dispositivo della figura precedente, accendiamo il generatore creando nel circuito una differenza di potenziale di 8,5 V.



Dunque nel circuito si creerà una corrente, che per la legge di Ohm:

Successivamente calcoliamo il lavoro prodotto dal generatore (LGen) in un certo intervallo di tempo (Δt). Il lavoro, per il teorema del lavoro è l'energia potenziale (Ep) sarà:

LGen= -ΔEp = -qΔV = -iΔVΔt

Inoltre calcoliamo il calore prodotto dalla resistenza equivalente (Req), per l'effetto Joule, rilevato attraverso un aumento di temperatura indotta nell'acqua distillata la quale assorbe il calore prodotto, dovuta all'attrito provocato dal movimento degli elettroni nelle resistenze e dunque dai loro urti.

Infine calcoliamo il rapporto tra LGen e Qprodotto.


È da notare che l'aumento di temperatura nell'acqua è rilevato dal termometro. Gli intervalli di tempo (Δt) sono misurati con il cronometro a partire dall'accensione del generatore. Inoltre durante l'sperimento si induce un'agitazione dell'acqua tramite l'agitatore, per aumentare l'entropia e quindi la diffusione del calore.


Dati:

L/Q medio= Σ(L/Q) / (numero di misurazioni) = 5,34

Ea(L/Q)medio= Σ[Ea(L/Q)] / (numero di misurazioni) = ±0,45



Leggi fisiche e matematiche: Ea=errore di sensibilità dello strumento

Er=Ea/valore medio


Formule di propagazione dell'errore:

Ea(c+d Eac+Ead

Ea(c-d)=Eac+Ead

Er(c*d)=Erc+Erd

Er(c/d)=Erc+Erd




Legge di Ohm: R=ΔV/i


Calore prodotto: Qprodotto=cs* m * Δt


Lavoro del generatore: LGen= -ΔEp = -qΔV = -i*ΔV*Δt


Conclusioni: Dalla barra di errore si riscontra che il valore, che si dovrebbe ottenere dall'esperimento di Joule in condizioni ottimali (L/Q=4,18), non è compreso. Quindi possiamo concludere che, pur avendo verificato l'effetto joule, non siamo riusciti a misurare esattamente l'equivalente termico della caloria.

L'esperienza, tuttavia, può essere migliorata nei seguenti modi:

  1. Migliorare l'agitazione dell'acqua, rendendola più uniforme.
  2. Diminuire la quantità d'acqua presente nel calorimetro per facilitare la diffusione del calore e quindi l'aumento di temperatura della stessa.
  3. Il calore assorbito dall'acqua non è tutto il calore prodotto per effetto Joule, una parte di esso viene assorbita dal calorimetro (equivalente in acqua del calorimetro) e dunque non partecipa alla variazione di temperatura dell'acqua, causando un errore di calcolo.

Qassorbito dall'acqua=Qprodotto - Qassorbito dal calorimetro

  1. Un ulteriore errore è infine causato dalla presenza nell'acqua di un'altra fonte di calore oltre   alle resistenze. Essa deriva infatti dal movimento dell'agitatore.










































L/Q medio= Σ(L/Q) / (numero di misurazioni) = 5,34

Ea(L/Q)medio= Σ[Ea(L/Q)] / (numero di misurazioni) = ±0,45







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