La dilatazione nei liquidi - RELAZIONE DI LABORATORIO

Abbiamo studiato che i solidi, sottoposti a calore, si dilatano. Costruendo un grafico che rappresenti questa dilatazione, si nota che la legge di dilatazione dei solidi è rappresentata da una retta approssimata. Per questo motivo, si può anche calcolare un coefficiente di dilatazione lineare che dipende dal materiale del solido.

Ci chiediamo quindi:

Anche i liquidi subiscono una dilatazione a seguito di un aumento di temperatura?

Se si, lo fanno in modo analogo ai corpi solidi?

Con questo esperimento ci proponiamo di rispondere a queste domande.

Materiale

Un becher resistente al calore.

Una provetta.

Un tappo a tenuta stagna con due fori. 626i83g

Un termometro a mercurio.

Un capillare.

Fornello al bunsen.

Pennarello.

Riga millimetrata.

Cilindro graduato.

Acqua.

Procedimento:

Riempiamo il becher d' acqua.

Mettiamo quest' ultimo sulla piastra del bunsen.

Successivamente, riempiamo completamente, con acqua a temperatura ambiente ( °C), la provetta fino all' orlo.

Chiudiamo la provetta con il tappo a tenuta stagna avendo, precedentemente, inserito nei due fori del tappo il capillare e il termometro a mercurio in modo da non creare bolle d' aria.

Abbiamo disposto tutti gli strumenti nel seguente modo:

Con un pennarello segniamo con una tacca il livello iniziale dell' acqua nel capillare.

Accendiamo il fornello al bunsen sotto il becher al massimo.

Sempre con il pennarello, segniamo una tacca sul capillare ogni 2°C riportati sul termometro.

Al raggiungimento di 87°C, spegniamo il fornello e facciamo raffreddare la provetta in modo che l' acqua ritorni alla temperatura iniziale utilizzando dell' acqua fredda.

Con un cilindro graduato, misuriamo il volume d' acqua alla temperatura iniziale tenendo conto della leggera evaporazione.

Misuriamo la distanza tra le tacche segnate precedentemente, con una riga.

Rielaboriamo i dati registrati.

Infine, disegniamo un grafico cartesiano.

Dati ottenuti:

Il volume iniziale dell' acqua è di ml.

I dati registrati misurando con la riga la distanza tra le tacche segnate sul capillare, sono i seguenti:

Rielaborazione dei dati:

La dilatazione dell' acqua è stata misurata in mm prendendo come misure le distanze tra le diverse tacche sul capillare segnate, durante l' esperimento, con il pennarello.

Dal momento che il nostro esperimento si propone di osservare il comportamento dei liquidi, ci sembra più opportuno determinare l' innalzamento del livello dell' acqua in ml; pichè l' unità di misura adottata dal Sistema Internazionale per la capacità è il litro.

Per fare ciò, dobbiamo rielaborare i dati ottenuti inizialmente eseguendo alcune operazioni ed equivalenze.

In primo luogo, misuriamo il diametro del capillare utilizzato che risulta essere 4 mm.

Utilizzando questo dato e la formula del volume di un cilindro (V = π r² h), otteniamo il volume di ogni cilindro d' acqua in mm

Es. (3^ misurazione): π x 4 mm² x 7 mm = 87,96 mm³

Eseguiamo questa operazione per ogni misura ottenuta.

Sapendo che 1 mm ml e utilizzando questa equivalenza otteniamo il volume di ogni cilindro d' acqua del capillare in millilitri.

Preferiamo, invece, mantenere la temperatura in gradi Celsius, anche se nel Sistema Internazionale l' unità di misura della temperatura è il grado Kelvin.

I dati, così ottenuti, sono i seguenti:

Possiamo quindi dire che, partendo da ml, tra in e gli gradi centigradi, si è arrivati a un volume di ml, avendo un innalzamento totale di ml.

Utilizzando i dati, raccolti nella precedente tabella, realizziamo un grafico su un piano cartesiano.

Riportiamo le temperature sull' asse delle ascisse e i volumi su quello delle ordinate.

Negli esperimenti si commettono sempre degli errori dovuti alle condizioni e allo sperimentatore; sappiamo che per ottenere dei valori esatti bisognerebbe svolgere un esperimento "ideale".

Per questo motivo sul grafico vengono riportati anche gli errori.

Per questi ultimi scegliamo la sensibilità degli strumenti utilizzati in quanto determinare un errore più preciso comporterebbe numerosi calcoli.

Pertanto, l' errore sulle temperature è di °C (sensibilità del termometro a mercurio); mentre per quanto riguarda il volume è di ml (sensibilità del cilindro graduato).

Il grafico ottenuto è il seguente:

Osservazioni e conclusione:

Leggendo le tabelle si osserva che, inizialmente, il livello dell' acqua non aumenta, all' interno del capillare. Possiamo dare una spiegazione a questo mancato innalzamento, dicendo che oltre alla dilatazione dei liquidi si verifica, contemporaneamente, anche la dilatazione dei solidi. La provetta contenente l' acqua, infatti, si dilata con l' innalzamento della temperatura,  non dando la possibilità all' acqua di salire nel capillare. Talvolta, l' acqua ha, anzi, una discesa iniziale, dovuta proprio al dilatarsi della provetta.

Osservando il grafico, notiamo che si è creata una curva approssimabile ad un ramo di parabola. Notiamo, inoltre, che tra il 25°C e i 63°C la curva si avvicina ad una retta.

Possiamo, infine, rispondere alle domande iniziali:

Anche i liquidi subiscono una dilatazione a seguito dell' innalzamento della temperatura.

Lo fanno in modo diverso dai corpi solidi in quanto in grafico non segue un andamento lineare.