Laboratorio - Equilibrio termico

De Paoli Jessica 4STC 10/02/06

Gruppo N°3

Relazione singola

Laboratorio di fisica

L’equilibrio termico

In laboratorio è stata organizzata la seguente esperienza:

Utilizziamo per l’esperimento il calorimetro delle mescolanze, ossia uno strumento costituito da tre parti, in grado di contenere al suo interno delle sostanze, in modo da non disperdere il calore posseduto.

Andiamo perciò a misurare l’equilibrio termico tra due sostanze, in particolare nel nostro caso useremo due masse, uguali, di acqua, una più calda, mentre la seconda più fredda, circa a temperatura ambiente. Questo strumento è dotato di termometro, che quindi misura la temperatura dei corpi analizzati.

Inizialmente poniamo in un becher una massa d’acqua, di cui misuriamo il volume, e da quest’ultimo ricaviamo la massa dell’acqua. Versiamo quindi l’acqua nel calorimetro e, dopo averlo chiuso accuratamente, andiamo a misurare la sua temperatura. Dopo alcuni istanti raggiunge l’equilibrio termico.

In seguito preleviamo un’altra massa d’acqua e la mettiamo in un cilindro. Misuriamo la temperatura dell’acqua a temperatura ambiente e successivamente la versiamo nel calorimetro rapidamente, e lo chiudiamo. Misuriamo quindi la temperatura.

Con l’agitatore mescoliamo così la soluzione ottenuta, assicurandoci prima di aver chiuso il calorimetro con le molle; dopo alcuni istanti, avendo raggiunto l’equilibrio termico, siamo in grado di misurare la temperatura finale, ossia la temperatura d’equilibrio, raggiungendo lo scopo.

La temperatura ottenuta è di 48°C. Calcoliamo quindi la temperatura d’equilibrio ora in maniera teorica, applicando la legge studiata, ossia:

T_eq = ((c_s1 * m₁ * T₁ + c_s2 * m₂ * T₂) / (c_s1 * m₁ + c_s2 * m₂)), sostituendo opportunamente i valori (ricordando di utilizzare la temperatura assoluta, ossia in gradi Kelvin, e di utilizzare le temperature prelevate dopo che il termometro si fosse stabilizzato) e ottenendo come valore 48°C.

Infatti sappiamo che il calore assorbito da una sostanza, messa a contatto con un’altra, ha lo stesso valore, ma con segno opposto, del calore ceduto dalla sostanza che inizialmente aveva temperatura maggiore.

Abbiamo studiato poi che il calore di una sostanza è proporzionale alla sua massa, al calore specifico e alla differenza di temperatura, ossia ΔT. Da qui la formula trascritta in precedenza.

I due valori ottenuti quindi coincidono perfettamente.

Lo scopo dell’esperienza è studiare: