Laboratorio di Fisica Antonino Costanza – I D INF Il calore specifico di una sostanza Obiettivo: Misurare il calore specifico di alcuni oggetti per determinarne la natura del materiale costituente. Materiali e strumenti utilizzati : calorimetro delle mescolanze; acqua; pentolino; termometro (al grado Celsius); un fornello; becher oggetti di metallo: alluminio, ferro, ottone, zinco, rame; bilancia. Schema tecnico : Cenni teorici : La quantità di energia che un corpo caldo trasferisce a uno più freddo non dipende soltanto dalla differenza tra le due temperature, ma anche dalla massa del corpo più caldo. Il calore è la grandezza fisica che misura la quantità di energia che può essere aggiunta o sottratta ad un sistema termodinamico, la quale può provocare la variazione dello stato termico, oppure un cambiamento di stato. Si misura in Joule o Calorie ed è una grandezza con segno, ossia si assume positiva se l'energia viene comunicata al sistema e negativa se quest'ultima viene sottratta al sistema stesso. La quantità di calore di un corpo è direttamente proporzionale alla sua massa e alla variazione della temperatura. Laboratorio di Fisica Antonino Costanza – I D INF Il calore specifico di una sostanza Il calore specifico di una sostanza è l'energia necessaria per aumentare di 1°C la temperatura di 1 Kg di tale sostanza; si misura in J/(Kg*°C). Sperimentalmente si verifica che la capacità termica di un corpo è direttamente proporzionale alla sua massa: Maggiore è c, più energia serve per aumentare la temperatura della sostanza di un dato DT. Dalla definizione di capacità termica e dalla legge sperimentale C = cm otteniamo: ovvero La quantità di energia scambiata è direttamente proporzionale alla variazione di temperatura. Se l'energia è un flusso di calore, allora Il calorimetro è un dispositivo usato per misurare il flusso di calore durante una trasformazione. È costituito da un recipiente che contiene acqua e ha le seguenti caratteristiche: ha una capacità termica piccola, in modo da assorbire poco calore quando la sua temperatura cambia; è ben isolato termicamente, e quindi impedisce gli scambi di calore tra il suo interno e l’ambiente; è dotato di un termometro, che misura la temperatura dell’acqua, e di un agitatore, che aiuta a rendere uniforme la temperatura. Altre formule per ricavare il calore specifico di una sostanza tenendo conto di tutte le masse coinvolte (m1 , m2) delle le temperature iniziali dell’acqua e della sostanza, T1 – T2 e della la loro temperatura finale, Te e T2 , che è intermedia tra T1 e T2. Laboratorio di Fisica Antonino Costanza – I D INF Il calore specifico di una sostanza Descrizione della prova : Con il becher versiamo nel calorimetro una massa (mH₂O) di acqua tale da riempire circa metà della sua capacità. Aspettiamo un paio di minuti e leggiamo la temperatura dell’acqua t1. Mettiamo acqua nel pentolino a metà della sua capacità e scaldiamola sul fornello fino alla temperatura di ebollizione. Immergiamo nell’acqua del pentolino il corpo metallico la cui massa mᴄ è stata precedentemente misurata con la bilancia. Aspettiamo qualche minuto per permettere al corpo di portarsi all’equilibrio termico con l’acqua. Leggiamo la temperatura dell’acqua bollente t2 nel pentolino e rapidamente spostiamo il corpo metallico nel calorimetro servendosi di una pinza metallica, evitando di versare acqua calda nel calorimetro. Con l’agitatore mescoliamo finché viene raggiunto l’equilibrio termico e leggiamo la temperatura di equilibrio te, che viene raggiunta rapidamente. Noto l’equivalente in acqua del calorimetro, calcoliamo il valore del calore specifico C2 del metallo. Tabella di riferimento per il calcolo dell’errore percentuale: Conclusioni: Nonostante gli errori riscontrati durante l'esperienza, i valori di calore specifico calcolati sono accettabili, quello dell'alluminio presenta uno scarto percentuale (2,12%), mentre quello dello zinco risulta (0,007%). L'esperienza dunque si può dire in parte riuscita poiché i risultati trovati sono accettabili anche se vi sono stati errori.
