TARATURA DI UN TERMOMETRO A TERMOCOPPIA NELL'INTERVALLO DI TEMPERATURA FRA -196 C E 327 C MEDIANTE TEMPERATURE DI FUSIONE

Dimensione: px

Iniziare la visualizzazioe della pagina:

Download "TARATURA DI UN TERMOMETRO A TERMOCOPPIA NELL'INTERVALLO DI TEMPERATURA FRA -196 C E 327 C MEDIANTE TEMPERATURE DI FUSIONE"

Elisabetta Napoli
7 anni fa
Visualizzazioni

1 LABORATORIO DI FISICA PER BIOLOGI ESPERIENZA N.1 TARATURA DI UN TERMOMETRO A TERMOCOPPIA NELL'INTERVALLO DI TEMPERATURA FRA -196 C E 327 C MEDIANTE TEMPERATURE DI FUSIONE NOTE Scopo dell'esperienza L'esercitazione consiste nel costruire per una coppia termoelettrica di cromel-alumel la curva di taratura, cioé un diagramma nel quale sono riportate le f.e.m. termoelettriche in funzione delle differenze di temperatura tra le giunzioni dei due metalli costituenti la coppia. La curva di taratura della coppia serve per la misura di temperature con la coppia stessa: basta portare una giunzione dei due metalli costituenti la coppia a contatto con il corpo di cui si vuole misurare la temperatura, misurare la corrispondente f.e.m. termoelettrica con uno strumento, che in genere potrà essere diverso da quello impiegato per la taratura e ricavare direttamente la temperatura del corpo in esame dalla curva di taratura. Richiami di teoria I termometri a termocoppia si basano sull'effetto Seebeck per cui una forza elettromotrice si genera in un circuito composto da due diversi conduttori metallici omogenei le cui giunzioni sono tenute a temperature diverse. Le leggi che permettono di usare le termocoppie come termometri sono tre: I) Per una data coppia di conduttori omogenei la f.e.m. termoelettrica sviluppata nel circuito dipende solo dalle temperature delle giunzioni non dai gradienti lungo i conduttori stessi.

2 II) Qualsiasi metallo inserito lungo un circuito termoelettrico non influenza la f.e.m. risultante purché gli estremi di questo metallo siano alla stessa temperatura. E' questa la legge che permette di costruire i circuiti elettrici e di inserire gli strumenti di misura. III) Se i due conduttori omogenei producono una f.e.m. E 1 quando le temperature delle giunzioni sono T 1 e T 3 e una f.e.m. E 2 quando le temperature delle giunzioni sono T 2 e T 3,allora la f.e.m. prodotta quando le temperature delle giunzioni sono T 1 e T 2 é E 1 - E 2. Elenco degli apparecchi e dei mezzi impiegati nell'esperienza Si dispone di: due termocoppie di cromel-alumel, multimetro digitale, fornellino ad alcool, soluzione di acqua e ghiaccio, azoto liquido e varie sostanze solide e liquide con temperatura di fusione nota contenute in provette, pinze in metallo e legno Schema dell'aparato sperimentale = C A C C = cromel A = allumel I fili di cromel ed allumel sono contenuti nel tubetto metallico di protezione e la loro giunzione si trova in corrispondenza della cima del tubetto. Collegando i terminali di uguale segno si realizza una configurazione equivalente ad una unica termocoppia con le due giunzioni cromel-

3 allumel ed allumel-cromel accessibili. Ai fini pratici le due giunzioni sono le punte dei due tubetti. La f.e.m. termoelettrica viene letta su un multimetro digitale inserendo i terminali rimasti liberi nelle apposite boccole del multimetro. Descrizione dell'esperienza Come e' noto in un processo di cambiamento di stato la temperatura resta costante finchè sono presenti le due fasi, la solida e la liquida; quindi, durante la fusione o la solidificazione della sostanza, si vedrà il valore della tensione arrestarsi per il tempo in cui sono presenti le due fasi E' questo il valore della f.e.m. termoelettrica. a) Azzeramento del multimetro Si immergono le due giunzioni, cioè i puntali delle due termocoppie, in acqua e ghiaccio e si misura la d.d.p. in queste condizioni. Poichè le due giunzioni sono alla stessa temperatura la d.d.p. dovrebbe essere nulla. Se il multimetro segna un valore diverso da zero c'è un errore di calibrazione del multimetro. Questo è un errore sistematico di cui bisogna tener conto nelle successive letture. In genere si associano d.d.p. positive a temperature positive. Per far questo si estragga uno dei due puntali dall'acqua e ghiaccio e lo si lasci raggiungere la temperatura ambiente. Se la d.d.p. letta in queste condizioni è positiva, il puntale estratto sarà quello di misura, in caso contrario, si rimetta il puntale in acqua e ghiaccio e si utilizzi l'altro come puntale di misura. b) Misure da -196 C a 0 C La prima misura si effettua immergendo il puntale di misura direttamente entro l'azoto liquido. Le altre misure si effettuano nel seguente modo. Si mette circa un centimetro cubo di una delle sostanze, liquide a temperatura amb iente, in una provetta. Si immerge la provettta nell'azoto liquido per solidificare la sostanza. Quando la sostanza si e' solidificata, si toglie la provetta

4 dall'azoto e si inserisce il puntale nella provetta a contatto con la sostanza solidificata. Si aspetta che la sostanza fonda, osservando i valori di tensione sul multimetro. La tensione si stabilizzerà quando saranno presenti le due fasi, solida e liquida. Si annoti il valore della tensione prima che i n izi nuovamente a variare a causa dell'esaurimento della fase solida. Si facciano almeno tre misure per ogni sostanza per verificare la loro riproducibilità. AVVERTENZE NON IMPEDIRE, PER NESSUNA RAGIONE, L'EVAPORAZIONE DELL'AZOTO LIQUIDO, perciò evitare di chiudere la bocca del dewar contenente l'azoto NON AVVICINARE L'ALCOOL O L'ACETONE ALLA FIAMMA, perciò eseguire le misure sopra descritte prima di passare alla parte successiva, mettere i recipienti contenenti i liquidi infiammabili su un tavolo a parte c) Misure da O C a 327 C Si pone la provetta contenente la sostanza solida sulla fiamma. Quando la sostanza é fusa si toglie la provetta dalla fiamma e vi si immerge il puntale di misura. Si attende che la tensione letta sul multimetro si stabilizzi indicando il passaggio di stato e si procede come per le misure precedenti. Durante l'operazione di raffreddamento agitare leggermente la termocoppia nella sostanza fusa per evitare il sopra raffreddamento del liquido e che il terminale rimanga imprigionato nel solido che si va formando. Quando si toglie la termocoppia da un crogiolo bisogna fare molta attenzione che non siano rimaste tracce del metallo usato per non alterare la purezza degli altri metalli che saranno impiegati. Elaborazione dei dati Riportare in un grafico le misure ottenute con i rispettivi errori di misura e

5 tracciare la retta che meglio approssima i dati sperimentali. Ricavare i parametri -pendenza ed intercetta- della retta ed il coefficiente di correlaizione lineare Quali sono le dimensioni e le unità di mi sura di questi parametri? Quale dovrebbe essere il valore "teorico" dell'intercetta? Esistono dei punti che si possono considerare fuori dalla retta? Quale criterio avete usato per considerarli fuori dalla retta? Potete quantificarlo? Cosa succede ai parametri della retta se si eliminano questi punti? Tabella delle temperature Sostanza Temperatura di fusione ( C) Azoto Etere etilico Acetone Glicole etilenico Acqua 0.0 Acido stearico Indio Stagno Piombo

Documenti analoghi

Esperienza 15: taratura. della termocoppia. Laboratorio di Fisica 1 (II Modulo) A. Baraldi, M. Riccò. Università di Parma. a.a.

Esperienza 15: taratura. della termocoppia. Laboratorio di Fisica 1 (II Modulo) A. Baraldi, M. Riccò. Università di Parma. a.a. Esperienza 15: taratura Università di Parma della termocoppia a.a. 2011/2012 Laboratorio di Fisica 1 (II Modulo) A. Baraldi, M. Riccò Copyright M.Solzi Obiettivi dell esperienza Scopo dell'esperienza è