Concetti Chiave
- L'esperimento mira a determinare l'equivalente in acqua del calorimetro, essenziale per calcolare il calore specifico di una sostanza.
- Durante l'esperimento, si misurano le masse e temperature di acqua calda e fredda per raggiungere l'equilibrio termico nel calorimetro.
- I dati raccolti mostrano che l'equilibrio termico pratico non coincide con quello teorico, indicando l'assorbimento di calore da parte del calorimetro.
- L'equivalente in acqua del calorimetro è calcolato come la massa d'acqua con capacità termica equivalente, trovata essere (56 ± 23) g.
- Le misurazioni sono soggette a incertezze e dispersioni termiche, influenzando l'accuratezza dei risultati ottenuti.
Scopo dell’esperienza:
Determinare l’equivalente in acqua del calorimetro in esame completo dei relativi accessori : come noto tale valore, indicato dal costruttore e quindi constante dell’apparecchio, è indispensabile per il calcolo del calore specifico di una sostanza. La presente determinazione , oltre a costituire un utile esercizio può rendersi indispensabile per segnalare eventuali variazioni del tempo di tale costante dell’apparecchio, in conseguenza dell’uso o, ad esempio, a causa della sostituzione di una parte del sistema calorimetro, come per esempio l’agitatore. Nel nostro caso si rende necessaria perché prendendo solo come variabili la quantità di calore dell’acqua fredda e quella dell’acqua calda la temperatura finale teorica non risulterebbe uguale alla temperatura finale pratica.
Apparecchi usati:
- calorimetro
- becco bunzen
- acqua
- pentola d’alluminio
Strumenti di misura usati:
- termometro
- bilancia elettrica (portata 0g-819g) (incertezza 0,01g)
- becker tarato (portata 0-200ml) (incertezza 50ml)
Descrizione dell’esperimento:
Abbiamo misurato la tara del thermos e successivamente introdotto nel calorimetro una massa di 150 g circa di acqua a temperatura ambiente, per poi pesarla esattamente con la bilancia elettrica, abbiamo misurato poi la sua temperatura che risultava essere (19 ±1)°C (292,15 K) poi abbiamo prelevato una quantità nota di acqua calda precedentemente riscaldata con un becco bunzen in un pentolino di alluminio, fino a farla arrivare a (61±1)°C (334,15 K), poi velocemente per non disperdere calore nel ambiente abbiamo travasato l’acqua riscaldata nel thermos ed abbiamo pesato il tutto per poter ricavare con precisione il peso del acqua calda aggiunta. Abbiamo misurato la temperatura ad intervalli regolari e costanti di cinque minuti, finché il sistema non ha raggiunto un equilibrio termico di (35±1)°C (308,15 K) e così siamo arrivati alla temperatura finale d’equilibrio. Considerando che abbiamo tre variabili cioè, la quantità di calore dell’acqua calda e fredda e quella del calorimetro possiamo ricavarci l’equivalente in acqua del thermos ovvero la massa di acqua che ha la stessa capacità termica del calorimetro.
Registrazione dei dati sperimentali :
massa acqua temperatura ambiente (ma) 169.33 g ± 0.01 g
massa calorimetro 504.68 g ± 0.01 g
massa della tara + acqua fredda 674.01 g ±0.01 g
peso totale dell’acqua calda e acqua fredda 518.23 g ± 0.01 g
temperatura acqua fredda 19 ° C ± 0.5 ° C
temperatura acqua calda 60 ° C ± 0.5° C
temperatura d’equilibrio (prima misurazione) 36.5 ° C ± 0.5 ° C
temperatura d’equilibrio (seconda misurazione) 35° C ± 0.5°C
temperatura d’equilibrio (terza misurazione) 35° C ± 0.5°C
Elaborazione dati:
Tara del calorimetro 504.68 g ± 0.01 g +
Acqua a temperatura ambiente 169.33 g ± 0.01 g
Tara + Acqua a temperatura ambiente 674.01 g ± 0.02
Peso finale 818.23 g ± 0.01 g -
Tara + Acqua a temperatura ambiente 674.01 g ± 0.01 g
Peso finale + Tara + Acqua a temperatura ambiente (peso acqua calda) (mb) 144.22g ± 0.02
Ipotizzando che nei calcoli non c’è dispersione termica utilizziamo il principio della conservazione della quantità di calore e consideriamo come variabili solo l’acqua calda e l’acqua fredda per calcolare la temperatura d’equilibrio teorica
Q1 + Q2 =0
mA x c x deltaTA + mB x c x delta TB =0
Calcoli incertezza
Er =Ea/ misura
Moltiplicazione: (ErA +ErB) / (AxB)
Divisione: (ErA +ErB) / (A/B)
(0,5/19 + 0,01 /169,33) x 3217,27=84,85
(0,5/60 + 0,01/144,22) x 8653,2=72,71
(157,56/11870,47 + 0,02 /313,55 ) x 37,85 = 0,5
La temperatura finale teorica non coincide con quella pratica per questo dobbiamo inserire un'altra variabile: l’equivalente in acqua del calorimetro
Q1+Q2=0
(mA +mE) x c x deltaTA + mB x c x deltaTB = 0
Possiamo sempre semplificare il calore specifico considerando che si tratta sempre di acqua, da cui troviamo poi che
mE = (-mB x deltaTB –mA x delta tA) / delta tA
(56 +- 23) g (Equivalente in acqua)
Calcoli incertezza
Er =Ea/ misura
Moltiplicazione: (ErA +ErB) / (AxB)
Divisione: (ErA +ErB) / (A/B)
((0.01/144.22)+(1/25)) * 3605.5 = 144.5
((0.01/169.33)+(1/16)) * 2709.28 = 169.49
((313.49/896.22)+(1/16)) * 56 = 23
Osservazioni sui dati raccolti ed elaborati:
Utilizzando il principio di conservazione dell’energia ci siamo potuti trovare l’equivalente in acqua attraverso i dati sperimentali che abbiamo raccolto durante l’esperienza. Bisogna tener conto perciò della dispersione termica e degli errori sia oggettivi che soggettivi che hanno avuto luogo durante le varie misurazioni.
Conclusioni:
In questa esperienza abbiamo osservato il comportamento della variazione della temperatura dopo aver mescolato le due masse di temperatura diversa in un thermos. Il sistema si basava su due punti fondamentali: la temperatura finale delle due masse d’acqua e del thermos sono uguali, poiché il sistema raggiunge l’equilibrio termico e l’energia totale del sistema si conserva, cioè le quantità di calore acquistate e cedute dalle varie variabili è uguale a zero: Q1+Q2=0.
Nel nostro caso le due masse di acqua raggiungono l’equilibrio termico, il quale dipende dalla massa e dalla differenza di temperatura (tra quella finale e quella iniziale). Quindi tenendo conto delle due masse d’acqua inserite nel thermos abbiamo trovato l’equilibrio termico pratico non coincidente con quello teorico. Questo è dovuto al fatto che il thermos ha assorbito calore, anche se in minima quantità. Con equivalente in acqua si intende la massa d’acqua che ha la stessa capacità termica del calorimetro e utilizzando il principio di conservazione della quantità di calore possiamo quindi ricavarci la massa che rappresenta la nostra unica incognita considerando che è una variabile che cambia nel tempo e con l’usura o la sostituzione dei pezzi del calorimetro. Nel nostro caso dopo i vari calcoli abbiamo ottenuto che l’equivalente in acqua del calorimetro è (56 +- 23) g.
Comunque essendo questo un esperimento, i dati elaborati e raccolti sono inesatti in quanto ogni misura è sempre condizionata da un certo grado di incertezza (oggettiva e soggettiva), parte del calore si è disperso durante le varie misurazioni della temperatura non è del tutto corretto considerando che il coperchio del calorimetro doveva essere rimosso, e che in realtà il sistema non è isolato ma scambia energia con l’ambiente.
Domande da interrogazione
- Qual è lo scopo principale dell'esperimento descritto nel testo?
- Quali strumenti e apparecchi sono stati utilizzati nell'esperimento?
- Come è stata misurata la temperatura durante l'esperimento?
- Quali sono le principali osservazioni fatte sui dati raccolti ed elaborati?
- Quali conclusioni sono state tratte dall'esperimento?
Lo scopo principale dell'esperimento è determinare l'equivalente in acqua del calorimetro, un valore essenziale per calcolare il calore specifico di una sostanza e per segnalare eventuali variazioni nel tempo di tale costante a causa dell'uso o della sostituzione di parti del sistema calorimetrico.
Gli strumenti e apparecchi utilizzati includono un calorimetro, un becco Bunsen, acqua, una pentola d'alluminio, un termometro, una bilancia elettrica e un becker tarato.
La temperatura è stata misurata a intervalli regolari di cinque minuti fino a quando il sistema ha raggiunto un equilibrio termico, con misurazioni iniziali e finali per determinare la temperatura d'equilibrio.
Le osservazioni principali indicano che, utilizzando il principio di conservazione dell'energia, è stato possibile determinare l'equivalente in acqua del calorimetro, tenendo conto della dispersione termica e degli errori oggettivi e soggettivi durante le misurazioni.
Le conclusioni indicano che l'equilibrio termico pratico non coincide con quello teorico a causa dell'assorbimento di calore da parte del thermos. L'equivalente in acqua del calorimetro è stato calcolato come (56 ± 23) g, ma i dati sono affetti da incertezze e dispersione termica.
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