Relazione_Effetto_Joule_TD

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Relazione di Fisica
Nome e Cognome
Armando Grassano
Classe V Sez. T Data 29/01/2008
1. Titolo
L’effetto di Joule e il calorimetro delle mescolanze o di Regnault.
2. Obiettivi
Apprendere ulteriori conoscenze del campo della corrente attraverso i metalli detti
resistori e dell’effetto di Joule, e approfondimento ulteriore di quanto studiato.
3. Strumenti utilizzati
Per questo esperimento di laboratorio verranno utilizzate delle bilance elettriche di
precisione con portata max. di 1 kg, generatore di basse tensioni, cronometro, acqua
distillata(soluzione ottima per questo esperimento dato che è priva di sali minerali,
utilizzeremo poi un amperometro,con dei fili conduttori con morsetti,un rocchetto di
costantana da 0.4 mm di spessore e resistenza specifica di 4Ω/m. Verrà poi utilizzato il
calorimetro delle mescolanze o di Regnault, e i termometri.
4. Grafici e disegni
5. Contenuti teorici
Gli effetti della corrente elettrica sui metalli sono stati studiati a fondo da Joule.
Soprattutto con il calorimetro delle mescolanze in cui la corrente che passa nel
conduttore provoca un moto di agitazione termica nel conduttore, e così l’energia
cinetica media di oscillazione delle particelle del conduttore, che andranno quindi ad
aumentare la temperatura del conduttore che la trasmetterà anche all’acqua in cui è
immersa la resistenza. Il calorimetro delle mescolanze o calorimetro di Regnault è uno
strumento calorimetrico, in grado di misurare scambi di calore tra sostanze e nei vari
passaggi di stato. Esso è costituito da un recipiente a pareti adiabatiche e a bassa
conducibilità termica in modo da minimizzare la quantità di calore disperdibile, che si
può chiudere per mezzo di un tappo. In accoppiamento si pone un termometro (spesso a
Mercurio) per la misura delle differenze di temperatura, in contatto termico con
l'interno, e un agitatore. Per le misure delle quantità di calore è necessario tenere conto
della capacità termica del calorimetro, del termometro e dell'agitatore. Esso non può
essere considerato un sistema chiuso: inevitabilmente si hanno perdite di calore con
l'esterno, anche sottoforma di vapore. Abbiamo detto che bisogna tenere presente la
capacità termica del calorimetro. In generale si fornisce la capacità termica del
calorimetro Cc come prodotto:
, dove ca è il calore specifico dell'acqua e M * si
chiama equivalente in acqua del calorimetro, cioè la massa che il calorimetro avrebbe
se fosse acqua. Per la sua misura si introduce entro il calorimetro una quantità di acqua
nota, M1 che una volta raggiunto l'equilibrio termico con il calorimetro si trova a
temperatura T1. Successivamente si aggiunge un'altra quantità di acqua nota diciamo
M2 a temperatura T2 < T1, e si aspetta il raggiungimento del nuovo equilibrio termico
a temperatura Teq. Le quantità di calore scambiate devono essere uguali:
quindi da
:
si ricava l'equivalente il acqua del calorimetro:
6. Descrizione della prova
Una volta che abbiamo tarato il generatore, abbiamo pesato 400 gr di acqua distillata,
poi è stata riversata all’interno del calorimetro che è stato collegato al generatore e
all’amperometro, poi abbiamo posto l’intensità della corrente pari a 1 A partendo da
una temperatura iniziale di 15.8°C, lasciandolo per due minuti. La temperatura rilevata
sul termometro è di 16.2°C.lasciata a riposo raggiunge la temperatura di 17.8°C. Dopo
aver tarato il generatore a 2 A raggiunge dopo due minuti la temperatura di 19°C, dopo
essersi stabilizzata. Aumentato l’amperaggio a 3 A raggiunge la temperatura di 22°C.
Con l’amperaggio superiore di 4 A raggiunge la temperatura di 25.2°C.
7. Raccolta dei dati
Prima
T1°C
Fase
t(iniz)=15.8
1
16.2
2
17.8
3
19
4
22
T2 °C
I(A)
Q(cal)
17.8
19
22
25.2
1
2
3
4
1280
8. Elaborazione dei dati
M*=M2(Teq-T2)- M1(T1-Teq)/(T1-Teq)
M*=800(33.65-30.5)-400(36.8-33.65)/(36.8-33.65)=400
Q1=mc(t2-t1)=800*1*(17.8-16.2)=1280cal
Q2=M*(t2-t1)=400*(36,8-30.5)=2520cal
Qtot=Q1+Q2=3800cal
9. Analisi dei risultati e conclusioni
Si è notato un aumento di temperatura progressivo dovuto all’aumento di corrente nella
resistenza. Quindi si può dire che c’è un rapporto di diretta proporzionalità tra temperatura
e quantità di calore sviluppata dalla corrente elettrica del circuito.
Giudizio del docente
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Voto sintetico
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