Calorimetro: misura del calore specifico dell`acqua

Calorimetro: misura del calore specifico dell’acqua Viste le complicazioni nell’u+lizzo del calorimetro nelle scuole ed osservato anche, che l’esperienza di solito viene condo>a dai tecnici per problemi “tecnici” (scusate la ridondanza, ma è esplica+va), si propone di misurare il calore specifico dell’acqua, magari con una resistenza, dimensionata e costruita dagli studen+ , o u+lizzando quella di alcuni calorimetri, come quelli trova+ in alcune scuole, facendo una s+ma a priori del tempo necessario. Un esempio di s+ma a priori, immediata, del tempo necessario, per osservare una variazione di 2 °C, durante il riscaldamento di 500 g di acqua (dis+llata o da rubine>o) con un termometro di risoluzione 0.1 °C, nota la resistenza, p.e. 3 Ω caso del calorimetro presente in una scuola da me visitata. Il riscaldatore costruito dal filo u+lizzato da me risulterà dalla misura stessa. Il calore specifico dell’acqua (tra 14.5 e 15.5 °C) è 4.1868 J g-­‐1 °C-­‐1, per o>enere una variazione di 2 °C in 500 g di acqua, da Q=mcΔT , servono circa 4187 J. Se vogliamo o>enere ciò in 2 minu+ circa bisogna erogate una potenza istantanea di P=Q/t= 7 W, ovvero avere una alimentatore che possa erogare 1.5 A e fornisca almeno una tensione di 4.6 V. Risolvibile tranquillamente con alimentatori disponibili nei laboratori delle scuole Noi presen+amo i da+ misura+ con il nostro solito alimentatore 15 V , 2 A, con una risoluzione migliore di altri alimentatori, e ne vedremo le conseguenze nell’analisi. Appena varia la temperatura di 0.1 °C registriamo il tempo del cronometro in minu+ e secondi. O>eniamo quanto segue. min
sec
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 0 1 1 1 2 2 2 3 3 3 4 4 4 5 5 5 6 6 7 7 45 12 34 50 8 30 49 5 33 45 5 30 49 13 36 57 19 42 17 34 t
[s] 0 V
[V] 5,48 I
[A] 2,002 T
[°C] 21,9 dT
[°C] 45 72 94 110 128 150 169 185 213 225 245 270 289 313 336 357 379 402 437 454 5,48 5,48 5,48 5,48 5,48 5,48 5,48 5,48 5,48 5,48 5,48 5,48 5,48 5,48 5,48 5,48 5,48 5,48 5,48 5,48 2,002 2,002 2,002 2,002 2,002 2,002 2,002 2,002 2,002 2,002 2,002 2,002 2,002 2,002 2,002 2,002 2,002 2,002 2,002 2,002 22,1 22,2 22,3 22,4 22,5 22,6 22,7 22,8 22,9 23,0 23,1 23,2 23,3 23,4 23,5 23,6 23,7 23,8 23,9 24,0 0,05 0,05 0,05 0,05 0,05 0,05 0,05 0,05 0,05 0,05 0,05 0,05 0,05 0,05 0,05 0,05 0,05 0,05 0,05 0,05 dT/T
0,002 0,002 0,002 0,002 0,002 0,002 0,002 0,002 0,002 0,002 0,002 0,002 0,002 0,002 0,002 0,002 0,002 0,002 0,002 0,002 P
[W] 11,0 11,0 11,0 11,0 11,0 11,0 11,0 11,0 11,0 11,0 11,0 11,0 11,0 11,0 11,0 11,0 11,0 11,0 11,0 11,0 Q
[J] 494 790 1031 1207 1404 1646 1854 2030 2337 2468 2688 2962 3171 3434 3686 3917 4158 4410 4794 4981 dQ/Q
0,001 0,001 0,001 0,001 0,001 0,001 0,001 0,001 0,001 0,001 0,001 0,001 0,001 0,001 0,001 0,001 0,001 0,001 0,001 0,001 QR
[J] 487,4 779,8 1018,1 1191,4 1386,3 1624,6 1830,4 2003,7 2307,0 2436,9 2653,6 2924,3 3130,1 3390,0 3639,2 3866,6 4104,9 4354,0 4733,1 4917,2 dQ/Q
0,002 0,002 0,002 0,002 0,002 0,002 0,002 0,002 0,002 0,002 0,002 0,002 0,002 0,002 0,002 0,002 0,002 0,002 0,002 0,002 Facciamo notare che quanto registrato come potenza erogata dall’alimentatore, è da a>ribuire alla resistenza totale, cavi più riscaldatore. Sappiamo di potere misurare la resistenza dei cavi ed i coccodrilli, cortocirtuitando proprio i coccodrilli, u+lizza+ per collegare l’alimentatore. La Vcc a parità di corrente 2,002 A registrata risulta 0.07 V. Quindi la potenza fornita sulla resistenza R sarebbe PR= (V-­‐Vcc) I, da cui QR=PR t è l’energia fornita dissipata dal riscaldatore nell’acqua.