Transcript Esperimento calore latente

Esperimento calore latente
Scopo:
Questo esperimento mira a misurare il calore latente di fusione del ghiaccio. Ovvero, detto in
parole povere, di quanto calore/energia necessita il ghiaccio per cambiare stato, da solido a
liquido.
Per determinare questo valore, come nell’ultima volta, abbiamo separato l’esperimento in due
parti: nella prima abbiamo determinato ancora l’equivalente in acqua del calorimetro per
sapere in linea generale quanto calore venga disperso dal nostro sistema e successivamente
abbiamo potuto calcolare il calore latente (indicato con il simbolo ʎ).
Materiale:
• un calorimetro con coperchio munito di agitatore e foro per il termometro:
Come già spiegato nella relazione precedente, il calorimetro è un recipiente d’acqua capiente
300 ml ricoperto di isolante che rende il sistema parzialmente isolato. Ne abbiamo calcolato
l’equivalente in acqua, cioè l’ipotetica massa d’acqua che assorbirebbe la stessa quantità di
calore del calorimetro per avere un’idea di quanto calore venga disperso ad ogni utilizzo.
• termometro digitale: Strumento che rileva le temperature in gradi Celsius con eccellente
prontezza. È stata sfruttato soprattutto quando, infilato nel foro del calorimetro, calcola la
temperatura del sistema calorimetro-acqua-corpo.
• fornello: Usato per scaldare acqua e corpi.
• becker: Contenitore d’acqua usato per contenere il liquido mentre si riscaldava. Scelto in
vetro in quanto è un ottimo conduttore di calore.
• bilancia: Usata per misurare le varie masse.
Procedimento:
Essendo la prima parte dell’esperienza tale e quale alla precedente (a parte che per i valori
dei dati) mi limito ad una breve e riassuntiva esplicazione.
Abbiamo calcolato la temperatura d’equilibrio (T1) tra calorimetro e una quantità d’acqua (m1)
e successivamente abbiamo aggiunto una seconda quantità d’acqua (m2) a 100°(T2). Infine
calcolando la temperatura di equilibrio dell’intero sistema siamo in grado di calcolare la massa
d’acqua equivalente al calorimetro:
=
− − − .
− Pubblicato da Professionisti Scuola a cura del Prof. Alfonso D’Ambrosio
Una volta ottenuta un’idea di quanto calore viene assorbito dal nostro calorimetro è venuto il
momento di concentrarci sulla seconda parte dell’esperienza.
Sappiamo in maniera teorica che ogni corpo che riceve energia sottoforma di calore aumenta
la propria temperatura. Ci sono momenti in cui ciò non avviene e per un limitato periodo si può
osservare come, seppur assorbendo calore, la temperatura non cambi. Questo è dovuto al
fatto che il corpo assorbe si calore, ma non lo utilizza più per aumentare la propria
temperatura ma per rompere i legami che ci sono tra le varie molecole e cambiare di stato
(per esempio il ghiaccio che diventa acqua).
Ora avendo tali conoscenze possiamo impostare l’esperimento in questa maniera:
Una massa d’acqua (m1) e il calorimetro (mc) si trovano ad una temperatura di equilibrio
nota (T1).
Se a questi vengono aggiunti un numero di grammi di ghiaccio (mg) a temperatura di
0°(T2) il sistema raggiungerà l’equilibrio termico con la relativa temperatura (Te).
Calcolando con i miei strumenti questi dati posso calcolare il calore latente, in quanto posso
conoscere la quantità di calore è stato scambiato dai due sistemi (Q1 e Q2) e quanto è andato
disperso (Qc), successivamente posso calcolare quanto calore mi è servito per sciogliere il
ghiaccio (Qx).
|
| + | | = | | + | |
− + − = − + So che la formula per il calore latente è: = ʎ . Il coefficiente ʎ è la mia incognita e so che
cambia a seconda del materiale e dal tipo di trasformazione.
+ − = − + ʎ
ʎ=
+ − − − Una volta arrivati alla fine del nostro esperimento è tempo di calcolare la qualità delle nostre
risposte. Considerando solo le masse misure affette da una minima incertezza (±1g), mentre le
misure delle temperature posso anche ritenerle prive di sbagli tanta era la precisione dello
strumento.
Per l’equivalente del calorimetro in acqua la formula era già stata ricavata in precedenza:
∆ =
∆ − − ∆
− Pubblicato da Professionisti Scuola a cura del Prof. Alfonso D’Ambrosio
Per il calore latente invece noto che ho una divisione di una somma: devo calcolare l’errore
assoluto del denominatore, sommarlo a quello sulla massa del ghiaccio e successivamente
moltiplicare il tutto per ʎ.
ʎ = − + + − +
ʎ
− + + − Dati:
Prima parte:
m1
128g
m2
90g
T1
15,5°
T2
100°
Te
47,6°
Δm1-2
±1g
Le misure sono espresse in grammi e gradi Celsius. Le masse espresse in grammi mi faranno
ottenere un risultato pure in grammi. Non fa differenza invece esprimere in Celsius o in Kelvin
in quanto trovandosi in uno scarto e non essendoci differenze di scala tra le due i valori non
cambiano.
mc= (19±3)g
Seconda parte:
ma
0,153kg
mg
0,61kg
Ta
42,9°
Tg
0°
Te
11,8°
Ca
4186
In questo caso mi conviene convertire i grammi in kq in maniera da esprimere il mio risultato in
J/kg ovvero come dovrebbe essere riportato.
Il discorso fatto per le temperature precedentemente vale anche qui.
ʎ= (317±25) KJ/kg
Pubblicato da Professionisti Scuola a cura del Prof. Alfonso D’Ambrosio
Conclusioni:
È subito chiaro che il valore ottenuto è ottimale. L’errore relativo assoluto arriva al’ 8% e
all’interno della mia incertezza si trova il valore effettivo del calore latente di fusione del
ghiaccio 335 J/kg. Posso giustificare i miei errori con il termine “fattore umano” e con
misure che comunque non saranno mai efficaci al 100%. Inoltre l’equivalente in acqua del
calorimetro è una misura che si basa con dei dati che dipendono dalle masse d’acqua
contenute, quando queste cambiano (come nel passaggio dalla prima parte alla seconda
dell’esperimento) anche la dispersione di calore, seppur minimamente, cambia influendo sul
risultato finale e la sua incertezza.
Una possibile maniera per superare questa difficoltà sarebbe potuta essere sfruttare
l’eguaglianza: valore calorimetro equivalente in acqua (Cama) = calorimetro effettivo (Ccmc).
= =
Per conoscere il reale valore del calore specifico del calorimetro mi mancherebbe la massa di
questo, avrei potuto misurarla con la bilancia ad inizio esperimento con il calorimetro asciutto
per ridurre eventuali incertezze.
Pubblicato da Professionisti Scuola a cura del Prof. Alfonso D’Ambrosio