Esperimento di Joule

-   &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 (L_Gen) in un certo intervallo di tempo (Δt). Il lavoro, per il teorema del lavoro è l'energia potenziale (E_p) sarà:

L_Gen= -ΔE_p = -qΔV = -iΔVΔt

Inoltre calcoliamo il calore prodotto dalla resistenza equivalente (R_eq), 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 L_Gen e Q_prodotto.

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: E_a=errore di sensibilità dello strumento

E_r=E_a/valore medio

Formule di propagazione dell'errore:

E_a(c+d E_ac+E_ad

E_a(c-d)=E_ac+E_ad

E_r(c*d)=E_rc+E_rd

E_r(c/d)=E_rc+E_rd

Legge di Ohm: R=ΔV/i

Calore prodotto: Q_prodotto=c_s* m * Δt

Lavoro del generatore: L_Gen= -ΔE_p = -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.

Q_{assorbito dall'acqua}=Q_prodotto - Q_{assorbito dal calorimetro}

4. 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