8/13/2019 Il calore specifico di un corpo

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Il calore specifico di un solido

OBIETTIVI:Utilizzare il calorimetro per trovare la capacit termica e il calore specifico di un solido metallico.

MATERIALI:

Calorimetro (sensibilit + 0,2 C); piccoli cilindretti metallici; Becker per scaldare lacqua (250 ml); fornello Bunsen; pinze; termometro; bilancia (sensibilit 0,01 g portata 220 Kg) sostegno in metallo

VALUTAZIONE DEI RISCHI:Dobbiamo stare ben attenti a non scottarci con i fornelli o con lacqua, e a non romperei termometri.

INTRODUZIONE TEORICA:La capacit termica C di un corpo la quantit di energia che si deve fornire a esso per aumentare la

temperatura di 1 K. Il calore specifico c di una sostanza la quantit di energia che si deve fornire a 1Kg diessa per aumentare la temperatura di 1K.

PROGETTAZIONE:Utilizzeremo un metodo che sfrutta gli scambi di calore con lacqua: se riscaldiamo un cilindretto metallicoe lo immergiamo in una quantit nota di acqua, a temperatura minore, questa riceve calore e il cilindrettonon si raffredda, fino a raggiungere una temperatura di equilibrio. La massa e la temperatura erano ginote, quindi non ci resta che calcolare la capacit termica e il calore specifico attraverso le formule dellacalorimetria.

La quantit di calore ceduta dal cilindretto allacqua :E2 = C (T2Te) dove C la capacit termica ignotadel metallo, T2la sua temperatura iniziale e Tequella di equilibrio.

Il calore assorbito dallacqua :E1 = m1 cacqua (TeT1) dove m1 la massa dellacqua contenuta nelcalorimetro, inizialmente alla temperatura T1

Il calore del campione riscaldato non verr assorbito solo dallacqua, ma anche dal calorimetro, quinditenendo conto di questo processo la formula precedente diventer: E1 = (m1x cacqua+ Ccal) x (Te T1),dove Ccal la capacit termica del calorimetro. Il calore ceduto dalloggetto deve essere uguale al caloreassorbito dal sistema acqua-calorimetro, perci:

(m1 cacqua+ Ccal) (TeT2) = C (T2- Te)

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Dunque:

C = (m1cacqua + Ccal) x (TeT1)(T2Te)

Analizzando gli elementi della formula possiamo ricavare con la buona precisione qualche indicazione pergiungere al risultato finale. Se la temperatura di equilibrio di pochi gradi superiore a quella inizialedellacqua contenuta nel calorimetro, la differenza (TeT1) risulta molto piccola. Effettuando le misure conun termometro graduato potremmo avere una incertezza assoluta di due gradi, a fronte di un intervallo ditemperatura di pochi gradi: questa parte della formula potrebbe portare a unincertezza del 50% nelrisultato finale. Gli altri valori hanno poca incidenza su questo punto di vista, poich la temperatura inizialedel campione alta, e le masse si possono calcolare con buona precisione. bene quindi utilizzare untermometro sensibile abbastanza.

PRIMA FASE: LA TARATURA DEL CALORIMETRO

La fase di preparazione consiste nel misurare la capacit termica del calorimetro. Versiamo 150 ml di acquaa temperatura ambiente (20,2 C nel calorimetro. Aspettiamo qualche minuto, finch la temperaturadequilibrio T1del sistema acqua-calorimetro non si stabilizzata.Il valore T1risulta 20,2 C.Riscaldiamo altri 250 ml di acqua fino allebollizione (T2 = 99,5 C). Versiamo lacqua bollente nelcalorimetro contenente lacqua a temperatura ambiente versata prima, poi richiudiamo il calorimetro.Mescoliamo lacqua con lagitatore e aspettiamo finch iltermometro non indica una temperaturarelativamente costante. La temperatura dequilibrio T

e 54 C. Trascuriamo gli scambi termici con

lambiente esterno.

I dati a nostra conoscenza sono:

c acqua = 4186 JKg-1K-1

m2 = 250 g = 0,25 Kg

T2 = 99,5 C

Te= 59,8 C

T1= 20,2 C

m1= m2= 250 g = 0,25 Kg

Ccal = unica incognita

Come prima cosa calcoliamo il calore E2ceduto al calorimetro dallacqua:

E2 = m2 x cacquax (T2Te) = 0,25 Kg 4186 JKg-1 K-1 (99,5C - 59,8 C) = 327,3 x 103 J

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Successivamente troviamo il calore E acquistatodallacqua e contenuto inizialmente nel calorimetro:

E1= m1x cacqua x (Te - T1) = 0,25 Kg 4186 JKg-1 K-1 (59,8C - 20,2 C) = 327,2 x 10

3J

Il calore assorbito dal calorimetro quindi: E = E2E1= 327,3 x 103J - 327,2 x 103J = 0,1 J

Troviamo dunque la capacit termica C del calorimetro:

Ccal = E = 0,1 J = 284 10-6J/KT 352 K

Infine troviamo la massa delloggetto metallicoche m = 23,8 g

SECONDA FASE: MISURA DEL CALORE SPECIFICO

Versiamo 150 ml di acqua nel calorimetro e misuriamo la temperatura stabilizzata T1

T1= 22,8 C sensibilit = 0,2 C

Immergiamo il solido metallico in un becker contenente 250 ml di acqua riscaldata e portata a ebollizioneprecedentemente (T2= 99 C) e lasciamo che il solido metallico raggiunga la stessa temperatura dellacqua.

Successivamente estraiamo il solido metallico con delle pinze (precedentemente riscaldate) e loimmergiamo nel calorimetro; chiudiamo il coperchio e mescoliamo il tutto con lagitatore. Dopo di cheaspettiamo e misuriamo la nuova temperatura del calorimetro Te= 25,2 C.

La massa del pesetto m = 23,8 g

Calcoliamo la capacit termica delloggetto metallico

C = m c = 0,238 Kg 880 JKg -1K-1 = 209 J/K

CONCLUSIONESono riuscito a completare il mio esperimento, calcolando la capacit termica del metallo e il suo calorespecifico.

Relazione di Fisica

Realizzata da: Cristiana MereuEnrica Portas

Eleonora SchirruRiccardo Lauro

Marco Matta