Calore specifico

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Calore specifico

Osservazioni conclusive sull’esperienza di laboratorio in cui si è fatto uso del calorimetro delle mescolanze.

A cura di F. Scalari

IL CALORIMETRO DELLE MESCOLANZE

Il calorimetro delle mescolanze è uno strumento di laboratorio che si utilizza per calcolare il calore specifico delle sostanze e i calori latenti.
Si tratta di un contenitore termicamente isolato, con il coperchio ermetico contenente dei fori in cui si possono inserire il termometro oppure l’agitatore per mescolare l’acqua, in modo da rendere uniforme la temperatura dell’acqua dopo l’immersione dell’oggetto che si trova a temperatura diversa da quella del sistema acqua+calorimetro.
Nel caso della nostra esperienza di laboratorio, il calorimetro era costituito da un recipiente di vetro graduato, senza coperchio, non avevamo a disposizione un agitatore, ma solo un termometro. L’esperimento è stato pertanto molto influenzato da queste cose: il sistema acqua+”calorimetro” non era affatto termicamente isolato.

In ogni caso, il calorimetro non è uno strumento ideale, anche se ben isolato con il resto della stanza e degli strumenti, partecipa allo scambio termico, assorbendo una parte del calore in esso scambiato (quando si inserisce il solido che si trova a una temperatura maggiore di quella dell’acqua del calorimetro).

La fase di preparazione dell’esperienza, quindi, consiste nel determinare la capacità termica del calorimetro.
Per esempio, versiamo 100 cm3 di acqua fredda nel calorimetro. Attendiamo qualche minuto fino a quando si è raggiunta la temperatura di equilibrio, la chiamiamo t1.  Annotiamo il valore della temperatura t1.
Prendiamo altri 100 cm3 d’acqua e la portiamo a ebollizione, t2=100°C, quindi.
Versiamo l’acqua bollente nel calorimetro, aggiungendola all’acqua fredda. Prendiamo nota del valore della temperatura di equilibrio che il nuovo sistema acqua+calorimetro raggiunge, la chiamiamo te.
Il calore ceduto dall’acqua calda al calorimetro e all’acqua in esso contenuta precedentemente è:

dove m2=0,1kg è la massa dell’acqua a 100 °C, t2=100 °C, c è il calore specifico dell’acqua

e te è il valore della temperatura all’equilibrio.
Il calore Q1 acquistato dall’acqua contenuta all’inizio nel calorimetro è:

dove m1 = 0,1kg, è la massa dell’acqua inizialmente contenuta nel calorimetro e t1 la sua temperatura iniziale.
Il calore ceduto dall’acqua bollente inserita in un secondo momento è acquistato dal calorimetro e dall’acqua precedentemente presente nel calorimetro stesso. Il calore assorbito dal contenitore è pertanto:
Q=Q2-Q1
Mentre la variazione della temperatura del calorimetro è

Quindi la sua capacità termica è:

CALCOLO DEL CALORE SPECIFICO DI UN MATERIALE.

Versiamo 150 cm3 di acqua nel calorimetro. Misuriamo la temperatura di quest’acqua, la chiamiamo t1.
Scaldiamo acqua in un recipiente in cui mettiamo un solido per far si che aumenti la sua temperatura fino a 100°C circa.  Estraiamo l’oggetto con le pinze e mettiamolo nel calorimetro rapidamente, in modo che non ci siano delle dispersioni.
Sia te la temperatura di equilibrio raggiunta dopo pochi minuti.
Detta C la capacità termica ignota del solido, la quantità di calore che esso cede al calorimetro e all’acqua è

Il calore invece assorbito dal sistema acqua+calorimetro è dato da:

dove m1=0,15 kg è la massa dell’acqua contenuta nel calorimetro. E deve essere bilanciando che:

da cui si ricava:

Il calore specifico del solido è dato da

LA MASSA EQUIVALENTE DI UN CALORIMETRO

Sia m1 la massa d’acqua contenuta nel calorimetro a una temperatura t1.
Versiamo nel recipiente una massa d’acqua m2 a temperatura t2>t1.
Dopo un certo tempo viene raggiunta la temperatura di equilibrio te intermedia tra le due temperature.
m2 cede calore Q2
m1 insieme al calorimetro acquista calore Q1

Poiché deve essere Q1=Q2 si può calcolare la massa equivalente del calorimetro:

Facendo i calcoli:

APPENDICE

EQUIVALENZA CALORE-LAVORO

Il significato dell’esperimento che Joule (1818-1889) fece non è quello di dimostrare, come erroneamente di può pensare, che il lavoro sia uguale alla quantità di calore, ma di dimostrare che:

• con una quantità di lavoro L si può ottenere una variazione di temperatura pari a quella che si otterrebbe con una quantità di calore Q
• si può parlare di “equivalente meccanico della caloria” cioè del fattore di conversione da clorie a Joule, ovvero:

1cal = 4,18 Joule

TABELLE

Fonte: http://www.scuolaemuseo.it/le%20mie%20classi/4%20AP/FISICA/integrazione%20testo/calorimetro3.doc

Sito web da visitare: http://www.scuolaemuseo.it

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