Laboratorio - Calore latente

I.T.I.S. "J. Torriani" - Cremona

Laboratorio di fisica

Allievo: Cristofolletti Miriam

Classe: 2ªB LST

Gruppo: Bencivenga Salvatore, Cristofolletti Miriam, Lorenzini Lara, Lorenzini Marco, Tomasoni Alice.

Data: 06.02.2007

Esercitazione n° 11

Titolo: Il calore latente

Obiettivi:

1. Determinazione sperimentale del calore latente di fusione del ghiaccio.

Richiami teorici:

Energia termica = energia che si propaga da un corpo ad un altro in virtù della loro differenza di temperatura.

Caloria = (unità di misura nel sistema tecnico dell'energia termica) quantità di calore che si deve fornire ad un grammo d'acqua per aumentare la sua temperatura di 1°C (da 14,5°C a 15,5°C).

Temperatura = modello (situazione cui fare riferimento per spiegare fenomeni non possibili da vedere) indice della massima e minima agitazione termica di un corpo; es:

• Se ho un corpo con una temperatura alta, ci sarà molta oscillazione fra gli atomi;
• Se, invece, ho un corpo con una bassa temperatura, ci sarà poca oscillazione fra gli atomi.

Atomo = la più piccola parte di un elemento che in qualsiasi procedimento chimico mantiene le proprie caratteristiche, rimanendo inalterata (in questo caso riguarda il calore); oscilla, facendo un movimento (chiamato agitazione termica) intorno ad una situazione di equilibrio.

Situazione di equilibrio = dove gli atomi oscillano allo stesso modo, cioè hanno quindi la stessa temperatura.

Massa = grandezza fisica che esprime la quantità di materia contenuta in un corpo.

Calore specifico = quantità di calore che bisogna fornire ad un corpo per aumentare di 1°C la temperatura di 1g del corpo.

Calore latente = grandezza tabulata, che indica la quantità di calore che occorre fornire ad un grammo per far avvenire il passaggio di stato; dipende dalla sostanza e dal passaggio di stato del corpo.

Massa equivalente del calorimetro = massa d'acqua distillata che assorbirebbe lo stesso calore assorbito dal calorimetro (l'intero sistema).

Strumentazione:

• Cubetto di ghiaccio;
• Calorimetro delle mescolanze serve per misurare lo scambio termico di due corpi, e si compone di:
  • Vaso Dewar = recipiente composto da pareti (sia esterna che interna) speculari, tra le quali c'è uno strato di aria o di vuoto (per isolare sempre di più);
  • Agitatore = asticella che serve per mescolare l'acqua all'interno del vaso, con la funzione di uniformare la sua temperatura;
  • Termometro;
  • Coperchio di plastica (utilizzato come guida per il termometro e l'agitatore);
  • 2 piccole molle (per fissare il coperchio);
• Bilancia;
• Acqua distillata;
• Becker.

Disegno:

Agitatore

Termometro

Coperchio in plexiglass

Acqua distillata

Molle d'acciaio

Cubetto di ghiaccio

Retino

Vaso Dewar.

Parete interna ed esterna speculare

Camere isolanti

Agganci

Base in materiale isolante (legno, plastica)

Modo di operare:

Schema:

• Esaminare la strumentazione;
• Riempire il calorimetro con acqua distillata e misurarne la massa;
• Mescolare l'acqua con l'apposito agitatore e segnarne la temperatura;
• Inserire il ghiaccio all'interno del becker ed immergervi il termometro;
• Individuare la temperatura del ghiaccio;
• Determinare la massa del cubetto;
• Porre il ghiaccio all'interno del calorimetro;
• Mescolare fino alla fusione totale del ghiaccio;
• Individuare la temperatura di equilibrio;
• Calcolare il calore latente del ghiaccio.

Descrizione:

Per iniziare l'esperienza, abbiamo esaminato la strumentazione usata. Successivamente, abbiamo posto il calorimetro sulla bilancia, l'abbiamo azzerata, e versato all'interno di esso l'acqua distillata (così da rilevare la massa di quest'ultima). Nel frattempo, abbiamo preparato un becker riempito di cubetti di ghiaccio di temperatura 0 °C.

Miscelando l'acqua contenuta nel calorimetro, abbiamo potuto rilevare la sua temperatura massima, registrandone il valore. In seguito, abbiamo immerso il cubetto di ghiaccio nel calorimetro, e, dopo averne misurato la massa. Abbiamo chiuso velocemente il calorimetro e miscelato l'acqua con il ghiaccio fino alla completa fusione di quest'ultimo. Infine, abbiamo trovato la temperatura d'equilibrio e, mediante calcoli matematici, calcolato il calore latente del ghiaccio col suo campo d'errore.

Risultati ottenuti:

• m_H2O = (151,09 ± 0,01) g   errore assoluto talmente piccolo   trascurabile
• m_E = 25,8 g
• C_sH2O = 1 cal/(g·°C)
• T°_E = (8,1 ± 0,2) °C
• T°_iH2O = (15,0 ± 0,1) °C
• m_C = (14,22 ± 0,01) g   errore assoluto talmente piccolo   trascurabile
• T°_iC = (0 ± 0,1) °C

Per trovare il valore del C_sC:

Q_CEDUTO = Q_ACQUISTATO

m_H2O · C_sH2O · (T°_iH2O - T°_E) + m_E · C_sH2O · (T°_iH2O - T°_E) = C_{l ghiaccio} · m_ghiaccio + m_ghiaccio · C_sH2O · (T°_E - T°_iC)

C_{l ghiaccio} = [C_sH2O · (T°_iH2O - T°_E) · (m_H2O + m_E) - m_ghiaccio · C_sH2O · (T°_E - T°_iC)] / m_ghiaccio

= [C_sH2O · (T°_iH2O - T°_E) · (m_H2O + m_E)] / m_ghiaccio - C_sH2O · (T°_E - T°_iC)

= [1 · (15,0 - 8,1) · (151,09 + 25,8)] / 14,22 - 1 · (8,1 - 0) = 85,83 - 8,1 = 77,73 cal/g

Per trovare l'errore assoluto del C_sC:

E_a = E_{a frazione} + E_aTe = (E_{r num} + E_{r den}) · frazione + E_aTe = (0,1/15 + 0,2/8,1) · 85,83 + 0,2 =

= 0,03 · 85,83 + 0,2 = 2,58 + 0,2 = 2,78 cal/g

C_{l ghiaccio} = (77,73 ± 2,78) cal/g

Osservazioni che portano alle conclusioni:

- Mediante queste operazioni matematiche, siamo arrivati a calcolare un valore del calore latente pari a (77,73 ± 2,78) cal/g, che successivamente abbiamo confrontato con il risultato registrato sulla tabella a nostra disposizione; ci siamo infine accertati che questo valore fosse compreso nel campo di errore da noi calcolato.