Scheda di laboratorio 18 CALORIMETRIA
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Determinazione della temperatura di equilibrio di una mescolanza
OBIETTIVI DEGLI ESPERIMENTI
Determinare la temperatura di equilibrio di una mescolanza
MATERIALE OCCORRENTE
• Un fornello elettrico
• Due bicchieri da 250 ml
• Un termometro
• Un cronometro PROCEDIMENTO
• Versare in uno dei bicchieri 100 gr di acqua (𝑚!) e misurare la temperatura iniziale 𝑡!:
• Riscaldare nel secondo bicchiere altri 100 gr di acqua (𝑚!) , portandoli alla temperatura 𝑡!> 𝑡!;
• Operando rapidamente, versare l’acqua calda nel primo bicchiere, agitare con il termometro e leggere subito la temperatura finale 𝑡! della mescolanza.
DATI SPERIMENTALI OTTENUTI
𝒕𝟏 (°𝑪) 𝒕𝟐(°𝑪) 𝒕𝒇(°𝑪)
CONCLUSIONI
Lo scambio termico tra le due masse d’acqua a contatto obbedisce al principio generale secondo cui il calore passa da un corpo a temperatura più calda a un altro a temperatura più bassa, fino a che i due corpi raggiungono la stessa temperatura ovvero si è raggiunto l’equilibrio termico. Il bilancio termico del sistema, che corrisponde all’uguaglianza:
𝑐𝑎𝑙𝑜𝑟𝑒 𝑎𝑠𝑠𝑜𝑟𝑏𝑖𝑡𝑜 𝑑𝑎 𝑚!= 𝑐𝑎𝑙𝑜𝑟𝑒 𝑐𝑒𝑑𝑢𝑡𝑜 𝑑𝑎 𝑚!
equivale, allora, nell’equazione:
𝑐𝑚! 𝑡!− 𝑡! = 𝑐𝑚!(𝑡!− 𝑡!)
dove c è il calore specifico dell’acqua.
Dall’ultima relazione otteniamo 𝑡! =!!!!!!!!!
!!!!! ; e siccome nel nostro esperimento 𝑚!= 𝑚! otteniamo:
𝑡!=𝑡!+ 𝑡! 2
Come si può osservare il valore sperimentale di 𝑡! è inferiore rispetto a quello calcolato tramite l’ultima relazione, in quanto una parte di calore ceduto dall’acqua calda viene assorbita dal recipiente nel quale tale acqua è stata travasata, e un’altra parte dispersa nell’ambiente a causa del cattivo isolamento termico del sistema.
Per rendere minimi questi scambi di calore fra le suddette masse di acqua e l’esterno, si utilizza il calorimetro delle mescolanze. In questo sistema è facile valutare l’incidenza, sul bilancio energetico, dell’assorbimento di calore da parte degli elementi del calorimetro a contatto con il contenuto, la quale si presenta come costante dello strumento utilizzato.
Si considera il calore assorbito dai suddetti elementi come calore assorbito da un’ipotetica massa di acqua contenuta nel calorimetro detta massa equivalente in acqua del calorimetro e la si indica con 𝑚!.
Scheda di laboratorio 18 CALORIMETRIA
2 Determinazione della massa equivalente in acqua del calorimetro
OBIETTIVI DEGLI ESPERIMENTI Determinare 𝑚!
MATERIALE OCCORRENTE
• Un fornello elettrico
• Due bicchieri da 250 ml
• Un termometro
• Un cronometro PROCEDIMENTO
• Introdurre nel calorimetro 80 gr di acqua (𝑚!) alla temperatura ambiente 𝑡! misurata con il termometro.
• Aggiungere poi una identica quantità di acqua 𝑚!= 𝑚!, dopo averla riscaldata fino alla temperatura 𝑡!> 𝑡!;
• Rilevare la temperatura 𝑡! di equilibrio della miscela di acqua 𝑡!< 𝑡!< 𝑡! DATI SPERIMENTALI OTTENUTI
𝒕𝟏 (°𝑪) 𝒕𝟐(°𝑪) 𝒕𝒇(°𝑪)
CONCLUSIONI
Se si uguaglia la quantità di calore 𝑐𝑚!(𝑡!− 𝑡!) ceduta dall’acqua più calda con quella 𝑐(𝑚!+ 𝑚!)(𝑡!− 𝑡!) acquistata dall’acqua iniziale e dal sistema calorimetro + termometro + agitatore, è possibile ricavare l’espressione della costante 𝑚!:
𝑐𝑚! 𝑡!− 𝑡! = 𝑐 𝑚!+ 𝑚! 𝑡!− 𝑡! ⟹ 𝑚!= 𝑚! 𝑡!− 𝑡!
𝑡!− 𝑡! − 𝑚! ⟹ 𝑚!= 𝑚!𝑡!+ 𝑡!− 2𝑡! 𝑡!− 𝑡!
una volta calcolata 𝑚!, la possiamo utilizzare per gli esperimenti successivi.
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