_kia96_
Ominide
2 min. di lettura
Vota 4 / 5

Concetti Chiave

  • L'esperimento del mulinello di Joule ha dimostrato l'equivalenza tra calore e lavoro, trasformando il calore in una forma di energia.
  • Il mulinello di Joule consiste in un calorimetro con acqua e un sistema di carrucole che aziona il mulinello tramite la forza peso dei pesi.
  • Joule ha osservato un aumento di temperatura nel calorimetro causato dall'energia dissipata per attrito, non solo dall'energia potenziale iniziale.
  • La scoperta chiave di Joule è stata che il rapporto tra energia dissipata e calore creato è una costante, fornendo il fattore di conversione tra caloria e lavoro.
  • L'esperimento ha confermato che il calore non è sempre conservato, essendo un'energia in transito che può trasformarsi in altre forme di energia.
Mulinello di Joule e definizione corretta

In realtà solo nella seconda metà del 1800 la teoria meccanicistica iniziò a demolire la teoria del calorico grazie a studiosi come Thomson, Rumford, Young e Joule che portò avanti l'esperimento del mulinello, sancendo l'uguaglianza tra calore e lavoro che così diventava una forma di energia e soprattutto una delle modalità insieme al lavoro di trasmissione dell'energia.
Dopo avere esaminato gli effetti termici della corrente elettrica, Joule decise di indagare gli effetti termici del movimento meccanico. Il mulinello di Joule è un apparato di piccole dimensioni formato da un calorimetro contenente acqua, un termos che impedisce al calore di entrare e di uscire, all'interno del quale è inserito un mulinello collegato all'esterno tramite un avvolgimento di funi e un sistema di carrucole a due pesetti.
Quando il giunto che collega l'albero interno alle funi è stretto, i pesi scendono ed il mulinello è azionato dal lavoro compiuto dalla forza peso delle masse. Dopo aver ripetuto l'esperimento diverse volte Joule si rese conto che la temperatura all'interno del calorimetro era aumentata. Egli, grazie alla relazione fondamentale della calorimetria, poté calcolare il calore creato (cmT) all'interno del calorimetro.
La questione fondamentale dell'esperimento fu quella sull'origine di tale calore, ovvero da cosa scaturisse: i pesi inizialmente scendono con un'accelerazione simile a g, ma quando aumenta la loro velocità, aumenta anche la resistenza idrodinamica che l'acqua esercita sulle palette del mulinello. Ciò vuol dire che l'energia cinetica finale dei pesi non è uguale alla loro energia potenziale iniziale, perché parte di questa energia è stata dissipata per attrito all'interno del calorimetro ed è proprio tale energia a determinare l'aumento di temperatura dell'acqua.

La grande scoperta sperimentale di Joule consiste nel fatto che il rapporto tra l'energia dissipata e il calore creato era una costante anche cambiando le masse (fattore di conversione tra caloria e lavoro o equivalente meccanico della caloria=4,186 J in realtà a quei tempi lui difiniva la grande caloria kcal ).
L'esperimento confermava che calore ed energia fossero la stessa quantità fisica e quindi che il calore non è una quantità sempre conservata perché, essendo un energia in transito, può trasformarsi in altre forme di energia. L'esperimento permetteva di trovare la quantità di lavoro necessario per scaldare di 1 k la temperatura di 1 kg d'acqua.

Domande da interrogazione

  1. Qual è stata la scoperta fondamentale dell'esperimento del mulinello di Joule?
  2. La scoperta fondamentale dell'esperimento di Joule è stata che il rapporto tra l'energia dissipata e il calore creato era una costante, dimostrando l'equivalenza tra calore e lavoro come forme di energia.

  3. Come funziona il mulinello di Joule e quale fenomeno osservò Joule durante l'esperimento?
  4. Il mulinello di Joule funziona con un sistema di carrucole e pesi che azionano un mulinello in un calorimetro. Joule osservò che la temperatura dell'acqua aumentava, indicando che l'energia potenziale dei pesi si trasformava in calore.

  5. Qual è l'importanza dell'equivalente meccanico della caloria scoperto da Joule?
  6. L'equivalente meccanico della caloria, pari a 4,186 J, è importante perché stabilisce il fattore di conversione tra calore e lavoro, confermando che il calore è una forma di energia che può trasformarsi in altre forme.

Domande e risposte

Hai bisogno di aiuto?
Chiedi alla community