Attività di laboratorio.

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1 Attività di laboratorio. erifica della prima e seconda legge di Ohm ed effetto joule. Classe di concorso A49 Anno 2006/2007 Bernardi Eros

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3 Esperienza di laboratorio. erifica della prima e seconda legge di Ohm ed effetto joule. Prerequisiti. Sapere che cosa significa diretta proporzionalità. Sapere che cosa significa proporzionalità inversa. Sapere cosa sono i conduttori e gli elettroni di conduzione. Funzionamento di un circuito elettrico. Funzione del generatore e di differenza di potenziale. Conoscere la definizione e l unità di misura differenza di potenziale, intensità di corrente elettrica. Conoscere la prima e seconda legge di Ohm. Leggi fondamentali della termologia. Obiettivi. Significato di corrente elettrica e unita di misura della sua intensità. Funzione del generatore di tensione. Funzione del potenziometro. Funzionamento degli strumenti di misura(amperometro e voltmetro). Caratteristiche di un circuito elettrico. Enunciato della prima e seconda legge di Ohm. Significato di misura della resistenza elettrica. Caratteristiche generali dei conduttori. Calcolare il calore specifico dell acqua. erifica sperimentale de calore specifico. 1

4 oltmetro. Lo strumento che misura la differenza di potenziale tra due punti di una resistenza attraversata da corrente elettrica si chiama voltmetro. Lo strumento deve essere inserito in parallelo con la resistenza, i morsetti dello strumento devono essere collegati alle estremità della resistenza incognita, è necessario che l inserimento del voltmetro nel circuito non alteri apprezzabilmente l intensità di corrente che attraversa la resistenza, per cui il voltmetro deve essere attraversato da una piccola intensità di corrente quindi deve avere una alta resistenza interna. Se la corrente che attraversa il voltmetro è inferiore all errore assoluto sulla misura di quest ultima allora possiamo considerare il voltmetro. oltmetro utilizato. Il tester della fotografia precedente sarà utilizzato come voltmetro a corrente continua quindi un primo cavetto sarà collegato nel simbolo di corrente continua Utilizzeremo alternativamente il tester con porta 10 ed 2 collegando il secondo cavetto nel foro con le relative scritte. Dalla figura si osserva che il tester è suddiviso in 50 intervalli questo implica che utilizzando come portata 10v la sensibilità dello strumento risulta di 0,2/divisione, mentre per una portata di 2 risulta 0,04/divisione. La classe dello strumento esprime l errore relativo percentuale che lo strumento commette sulla misura massima cioè portata; la classe dello strumento ci permette di calcolare l errore assoluto sulla misure infatti si ha E a =(classe/100) portata. 2

5 Considerato che la classe del nostro tester è 1,5 abbiamo i seguenti errori assoluti: 1,5 E a = 10 = 0,15 0, ,5 E a = 2 = 0,03 0, Considerati questi calcoli assumiamo come errore assoluto la sensibilità dello strumento. Amperometro. Per rivelare qualitativamente l'intensità di corrente che attraversa un circuito è sufficiente inserire una lampadina; dalla luminosità del filamento possiamo avere informazioni sulla intensità di corrente. Se invece vogliamo quantificare la misura è necessario, inserire un amperometro (A) o un milliamperometro (ma) se si tratta di correnti dell'ordine del milliampere. Poiché un amperometro misura l'intensità di corrente che lo attraversa, esso deve essere inserito in serie con la resistenza, in modo che strumento di misura e resistenza siano attraversati dalla stessa intensità di corrente. Poiché lo strumento di misura presenta una resistenza interna r, il suo inserimento nel circuito fa aumentare la resistenza totale. Di conseguenza, l'amperometro misura una corrente di intensità minore di quella che volevamo misurare. Affinché la perturbazione indotta nel circuito sia trascurabile, è necessario che la resistenza interna dell'amperometro sia piccola rispetto alla resistenza del circuito in cui si vuole misurare l'intensità di corrente. Amperometro utilizzato. Questi strumenti vengono comunemente chiamati tester in quanto possono essere usati a seconda dei casi sia da amperometri oppure voltmetri. Per quanto gia detto prima visto che la classe del nostro tester è 1,5 abbiamo i seguenti errori assoluti: 1,5 E a = 0.3A = 0,0045A 0, 005A 100 3

6 1,5 E a = 1,5 A = 0,0225A 0, 03A 100 Considerati questi calcoli assumiamo come errore assoluto la sensibilità dello strumento. eostato. B C A IL EOSTATO COME POTENZIOMETO. La figura rappresenta simbolicamente un reostato, i cui due morsetti A e B sono collegati ai poli di un generatore. Tra il morsetto A e il cursore C è inserito un voltmetro. Con tale collegamento diciamo che il reostato è inserito come potenziometro. Spostando il cursore da A a B, il voltmetro segna una tensione crescente da zero a un massimo, il cui valore dipende dalla forza elettromotrice del generatore. Il massimo valore della tensione 4

7 coincide infatti con la d.d.p. 0 esistente tra A e B ed è perciò uguale, a meno della caduta ohmica sulla resistenza interna del generatore, alla f.e.m. del generatore. Infatti la corrente che attraversa il reostato di resistenza complessiva è: 0 I = Se indichiamo con 1 la parte della resistenza compresa tra A e C, la d.d.p. tra gli stessi punti è: Tenendo conto dell'espressione di I si ha perciò: 1 = I 1 Dalla precedente si ha in particolare: a) Per C Aè 0 e quindi 0 1 = 1 = = b) Per C B è 1 = e quindi 1 = 0 Quando il cursore occupa una posizione intermedia tra A a B, anche la d.d.p. i assume un valore intermedio tra zero e o. Se, per esempio, il generatore è una batteria da 12 volt con resistenza interna trascurabile, possiamo ottenere tutte le tensioni variabili con continuità da zero a 12 volt con le quali è possibile alimentare un qualsiasi circuito. 5

8 Modalità del lavoro in laboratorio a) Suddividere la classe in gruppi di lavoro. b) Consegna del materiale di lavoro delle schede di laboratorio con le istruzioni per il montaggio del circuito. c) Spiegare tutti i simboli utilizzati in un circuito elettrico. d) Predisporre un foglio con il materiale consegnato ai vari gruppi in modo da controllare il materiale che restituiranno. e) Accertarsi che tutti siano in grado di assemblare correttamente il circuito. f) Se eventualmente qualcuno commette errori, portarlo a comprendere cosa e perché il circuito non potrebbe funzionare. g) erificare il giusto posizionamento degli strumenti di misura. h) A questo punto si possono azionare le prese del laboratorio in modo che inizino con il lavoro. i) Monitorare i vari gruppi. j) Cercare di terminare le operazioni di misura dei vari esperimenti qualche minuto prima del suono delle campanella in modo che con calma sia restituito tutto il materiale di laboratori. 6

9 erifica della Prima legge di Ohm Misura di una resistenza incognita. A A C I E EF B F Strumenti e apparecchiature utilizzati. - Generatore di tensione continua, con potenziometro per prelevare una tensione variabile( CB ) 220 in ingresso, 0 12 in uscita. - Tester usato come voltmetro con cavetti e puntali: Portata utilizzata = 10 ; 2 Numero di divisioni = 50div Sensibilità = 0,2/div ; 0,04/div Classe = 1,5 esistenza interna Ω - Amperometro a zero centrale con più portate: Portata utilizzata = 1,5A ; 0,3A Numero di divisioni = 30 Sensibilità =0,05A/div ; 0,01A/div Classe = 1,5 esistenza interna 0,76Ω - Filo di costantana, omogeneo e calibrato, di resistenza incognita: Lunghezza =1m Diametro = m - Due serrafili su piede a bottone. - Tre cavetti di collegamento. - Metro metallico. 7

10 Leggenda - I Intensità di corrente elettrica che percorre il conduttore. - EF Differenza di potenziale fra gli estremi del conduttore. - esistenza del conduttore alla temperatura di lavoro. Introduzione all esperimento di laboratorio ed utilizzo appropriato delle apparecchiature. - Il reostato usato come potenziometro dopo ogni lettura deve essere azzerato. - Le letture sul amperometro e voltmetro devono essere prese il più rapidamente possibile in modo che il filo di costantana non si surriscaldi. - Lasciare un po di tempo tra una lettura e l altra in modo che il filo di costantana torni alla temperatura ambiente. Tabella l utilizzatore è un filo di costantana di lunghezza un metro kv Nv EF ± Ea Er EF ka Na I ± E a Er I EF / I ± E a Er EF / I /div Div olt A/div Div Ampere Ohm 0,04 20 (0,80±0,04) 0,05 0,01 5 (0,05±0,01)A 0,2 (16±4)Ω 0,25 0,04 40 (1,60±0,04) 0,025 0,01 10 (0,10±0,01)A 0,1 (16±2)Ω 0,15 0,2 12 (2,4±0,2) 0,08 0,01 15 (0,15±0,01)A 0,07 (16±2)Ω 0,15 0,2 20 (4,0±0,2) 0,05 0,01 25 (0,25±0,01)A 0,04 (16±1)Ω 0,9 0,2 44 (8,8±0,2) 0,02 0,05 11 (0,55±0,05)A 0,09 (16±2)Ω 0,1 Tabella assegnata agli studenti da completare. kv Nv EF ± Ea Er EF ka Na I ± E a Er I EF / I ± E a Er EF / I /div Div olt A/div Div Ampere 0, ,01 0,04 0, ,2 12 0,01 0,2 0, ,2 0,

11 appresentazione grafica dei risultati. Mediante l utilizzo di excel realizzare il grafico che lega l intensità alla differenza di potenziale. iportando sull asse x l intensità in ampere e su l asse y la differenza di potenziale in volt y = 16x Differenza di Potenziale() ,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 Intensità(A) Dopo di che realizzare lo stesso grafico su carta millimetrata. 9

12 appresentazione grafica su carta millimetrata Domande e Conclusioni 1) Come risulta il rapporto fra la differenza di potenziale applicata agli estremi del conduttore e la intensità di corrente che la percorre, entro i limiti del suo errore assoluto? 2) Cosa rappresenta la pendenza della retta con questa scelta degli assi cartesiani. 3) Quale legge di proporzionalità lega le due grandezze variabili? 4) Calcolare dal grafico la differenza di potenziale da applicare agli estremi del conduttore per ottenere una intensità di 0,5A? 5) Calcolare dal grafico l intensità di corrente che deve percorrere un filo se ai suoi capi è applicata una differenza di potenziale di 5? 6) Quali sono le differenzi immediate tra i due grafici? 10

13 Misura di un campo elettrico uniforme. iportare tre punti E 1,E 2,E 3 sul filo di costantana tramite l utilizzo di un metro metallico piegando leggermente il filo, in modo che il filo di lunghezza un metro risulti diviso in quattro parti uguali. A questo punto dare una differenza di potenziale agli estremi del filo di costantana di 8 volt. Suddivisione del filo di costantana. E 1 E 3 E E 2 F Con prudenza sfilare il collegamento del voltmetro dal punto E, ed posizionarlo prima sul punto E 1 poi su E 2 ed su E 3, ed completare la tabella seguente. I /I E r E r E r EF E 1 F E 2 F E 3 F olt (8,0±0,2) (6,0±0,2) (4,0±0,2) (2,0±0,2) 0,025 0, metri (1,000±0,001) (0,750±0,001) (0,500±0,001) (0,250±0,001) 0,001 0,001 0, /m (8,0±0,2) (8,0±0,3) (8,0±0,4) (8,0±0,8) 0,026 0,034 0,052 0,104 Misurare il campo elettrico che i generatore produce all interno del filo conduttore omogeneo e calibrato; che caratteristiche ha? 11

14 ipetere le misure dell esercizio precedente con due fili di costantana di lunghezza un metro prima in serie poi in parallelo. Accertarsi che i gruppi di lavoro sappiano predisporre resistenze in serie ed in parallelo. A questo punto si chiede ai gruppi di studenti se possono fare delle previsioni? Tabella l utilizzatore è due fili di costantana di lunghezza un metro in parallelo. kv Nv EF ± Ea Er EF ka Na I ± E a Er I EF / I ± E a Er EF / I /div Div olt A/div Div Ampere Ohm 0,04 20 (0,80±0,04) 0,04 40 (1,60±0,04) 0,2 12 (2,4±0,2) 0,2 20 (4,0±0,2) 0,2 44 (8,8±0,2) Tabella l utilizzatore è due fili di costantana di lunghezza un metro in serie. kv Nv EF ± Ea Er EF ka Na I ± E a Er I EF / I ± E a Er EF / I /div Div olt A/div Div Ampere Ohm 0,2 12 (2,4±0,2) 0,2 20 (4,0±0,2) 0,2 44 (8,8±0,2) Le previsioni sono state confermate? 12

15 Schema A (circuito aperto) esistenza interna di un generatore erifica della Prima legge di Ohm per il generatore. A 0 esistenza interna del generatore B Schema B (circuito chiuso) A A C I 0 n esistenza interna del generatore B D 13

16 Elenco del materiale e relativa caratteristiche: - Generatore di tensione Tester usato come voltmetro con cavetti e puntali: Portata utilizzata = 10 Numero di divisioni = 50div Sensibilità = 0,2/div =20000Ω - Amperometro a zero centrale con più portate: Portata utilizzata = 0,3A Numero di divisioni = 30 Sensibilità = 0,01A/div =0,76Ω - esistore con n =20Ω±1% Leggenda - ig : resistenza interna al generatore. - ig : caduta di potenziale interna al generatore. Misure: A) A circuito aperto si legge sul tester 0 = (8,0±0,2) B) A circuito chiuso si legge sul tester = (5,8±0,2) e sull amperometro I A =(0,28±0,01)A Elaborazioni dei dati Caduta di potenziale sulla resistenza interna del generatore: ig = 0 - = 8,8-5,8=(2,2±0,2) ig = I A ig 2,2 = = 7,9Ω 0,28A 0,4 0,01 E a ( ig )=E r ig = + 7,9Ω = 1, 7Ω 2,2 0,28 La resistenza interna al generatore non è ohmica, cioè non è costante al variare della intensità che la attraversa. 14

17 15 Limiti del metodo voltmetro-amperometro. Il metodo utile alla misura di una resistenza x = I x mediante la lettura su due strumenti è difettoso, ovvero: a) Con il voltmetro Serve un voltmetro con x >>>>>>, perché è in parallelo ad x ; altrimenti: x T = T T T x = = T T T T x = = I I x = b) Con l amperometro Serve un amperometro con x A <<<<<<<, perché A è in serie con x ; altrimenti: x A I =

18 erifica della Seconda legge di Ohm esistenza di un filo omogeneo e calibrato in funzione della lunghezza. esistenza di un filo omogeneo e calibrato in funzione della sezione. Misura della resistenza specifica di un materiale. A A C I E EF B F Strumenti e apparecchiature utilizzati. - Generatore di tensione continua, con potenziometro per prelevare una tensione variabile( CB ) 220 in ingresso, 0 12 in uscita. - Tester usato come voltmetro con cavetti e puntali: Portata utilizzata = 10 ; 2 Numero di divisioni = 50div Sensibilità = 0,2/div ; 0,04/div Classe = 1,5 - Amperometro a zero centrale con più portate: Portata utilizzata = 1,5A,0.3A Numero di divisioni = 30 Sensibilità =0,05A/div ; 0,01A/div Classe = 1,5 - Fili di costantana, omogenei e calibrati, di resistenza incognita e di diametro = m, m, m - Filo di rame, omogeneo e calibrato, di resistenza incognita e di diametro = m. - Filo di ferro, omogeneo e calibrato, di resistenza incognita e di diametro = m. - Due serrafili su piede a bottone. - Tre cavetti di collegamento. - Metro metallico millimetrato. 16

19 Leggenda - I Intensità di corrente elettrica che percorre il conduttore. - EF Differenza di potenziale fra gli estremi del conduttore. - esistenza del conduttore alla temperatura di lavoro. - L Lunghezza del filo. Procedimento. Dopo avere eseguito il montaggio del circuito con filo di 0,500m di lunghezza, si posiziona il cursore del reostato usato come potenziometro a zero (C su B) e quindi si attiva il generatore tramite il tasto; si sposta il cursore in modo da applicare agli estremi del filo conduttore una d.d.p. tale che alimenti in esso una corrente di circa 25 divisioni della scala dell amperometro. Si registrino in tabella A le misure lette sul voltmetro ed amperometro, si rimette il cursore a zero e si spegne il generatore. Si varia la lunghezza del filo e si ripete l operazione. Tabella A filo di costantana di diametro 0,2mm e lunghezza variabile L± Ea kv Nv metri /div div 0,500±0,001 0,2 10 0,750±0,001 0,2 30 1,000±0,001 0,2 45 1,250±0,001 0,2 19 1,500±0,001 0,2 17 EF ± Ea Er EF ka Na olt A/div div (2,0±0,2) 0,1 0,01 25 (6,0±0,2) 0,03 0,05 10 (9,0±0,2) 0,02 0,05 12 (3,8±0,2) 0,05 0,01 20 (3,4±0,2) 0,06 0,01 15 I ± E a Er I ± E a Er Ampere Ohm (0,25±0,01)A 0,04 (8,0±1,1)Ω 0,14 (0,50±0,05)A 0,08 (12,0±1,3)Ω 0,11 (0,60±0,05)A 0,08 (15,0±1,5)Ω 0,10 (0,20±0,01)A 0,05 (19,0±1,9)Ω 0,10 (0,15±0,01)A 0,07 (22.6±2,9)Ω 0,13 17

20 Tabella assegnata agli studenti da completare. L± Ea kv Nv metri /div div 0,500±0,001 EF ± Ea Er EF ka Na olt A/div div I ± E a Er I ± E a Er Ampere Ohm 0,750±0,001 1,000±0,001 1,250±0,001 1,500±0,001 appresentazione grafica dei risultati. Mediante l utilizzo di excel realizzare il grafico che lega la lunghezza del filo alla resistenza, y = 15,227x esistenza(ohm) ,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 1,1 1,2 1,3 1,4 1,5 1,6 Lungheza(m) 18

21 Tabella B filo di costantana di lunghezza un metro e diametro variabile. d S kv Nv EF ± Ea ka Na I ± E a ± E a S ± E a Er Er Er Er mm mm 2 /div Div olt A/div Div Ampere Ohm Ohm mm 2 0,2 0,0314 0,2 12 (2,4±0,2) 0,01 0,01 15 (0,15±0,01)A 0,07 (16±1)Ω 0,08 (0.50±0.04) 0,08 0,3 0,0707 0,04 28 (1,12±0,04) 0,04 0,01 15 (0,15±0,01)A 0,07 (7,5±0,8)Ω 0,11 (0.53±0,06) 0,11 0,4 0,1256 0,04 39 (1,56±0,04) 0,03 0,05 8 (0,40±0,05)A 0,1 (3,9±0,5)Ω 0,13 (0,49±0,05) 0,13 Tabella assegnata agli studenti da completare. d S kv Nv EF ± Ea ka Na I ± E a ± E a S ± E a Er Er Er Er mm mm 2 /div Div olt A/div Div Ampere Ohm Ohm mm 2 0,2 0,0314 0,3 0,0707 0,4 0,

22 appresentazione grafica dei risultati. Mediante l utilizzo di excel realizzare il grafico dei dati esistenza(ohm) ,02 0,04 0,06 0,08 0,1 0,12 0,14 Sezione(millimetri quadrati) Domande. 1) Dedurre dal grafico la legge che lega la sezione ed la resistenza? 2) Come risulta il prodotto fra la sezione del filo e la sua resistenza? 3) I dati e la verifica confermano la legge? 4) Calcola il valor medio del prodotto della resistenza per la sezione ed utilizzalo per calcolare la resistenza di un filo di costantana di lunghezza un metro e diametro un millimetro? Tabella C fili di vario materiale di lunghezza un metro e diametro 0,0314mm 2. Materiale kv Nv EF ± Ea ka Na I ± E a ± E a S ± E a Er Er Er Er /div Div olt A/div Div Ampere Ohm Ohm mm 2 Costantana 0,2 12 (2,4±0,2) 0,01 0,01 15 (0,15±0,01)A 0,07 (16±1)Ω 0,08 (0,50±0.04) 0,08 ame 0,04 15 (1,12±0,04) 0,04 0,05 15 (0,75±0,05)A 0,07 (0,69±0,08)Ω 0,11 (0,023±0,003) 0,11 Ferro 0,04 40 (1,60±0,04) 0,03 0,05 10 (0,50±0,05)A 0,1 (3,2±0,4)Ω 0,13 (0,10±0,01) 0,13 20

23 Tabella assegnata agli studenti da completare. Materiale kv Nv EF ± Ea ka Na I ± E a ± E a S ± E a Er Er Er Er /div Div olt A/div Div Ampere Ohm Ohm mm 2 Costantana ame Ferro Domande. 1) Che grandezza caratteristica di ognuno dei tre metalli conduttori esaminati ci fornisce il prodotto S della tabella C? 2) Quale è il suo significato fisico? 3) Quale è il miglior conduttore fra quelli esaminati? 4) Porta le misure di S nel sistema internazionale? 5) isto che il filo si è scelto unitario dove possiamo trovare tale valore sul libro di testo? 21

24 Misura di una resistenza incognita con il metodo ponte a filo A x AC C ma D CA B n Elenco del materiale e relativa caratteristiche: - Generatore di tensione continua 220 in ingresso, 0 25 in uscita. - Sette cavetti di collegamento e un morsetto. - Filo di costantana diametro 0,4mm lunghezza 1,5m(omogeneo e calibrato) - Due serrafili su piede a bottone. - Due resistenze campione: 50Ω±1% 20Ω±1% - esistenza incognita con spinotti. - Basetta con numero otto boccole(per inserire x e le due note) - Milliamperometro a zero centrale Portata=0,03A K A =0,001 /div - Nastro millimetrato Portata=2m K s =0,001m/div Leggenda - n : resistenza nota ( DB ) realizzata con due resistenze campione. - x : resistenza incognita( AD ) - AC : resistenza del tratto AC del filo di costantana. - CB : resistenza del tratto CB del filo di costantana. - L 1 : lunghezza del tratto AC. - L 2 : lunghezza del tratto CB. 22

25 Procedimento - Si sceglie una resistenza nota dell ordine di grandezza di X. - Si esegue il montaggio del circuito come da schema, posizionando il cursore C(becco a coccodrillo) a metà di AB. - Si attiva il generatore, evitando di superare per le resistenze X e n l intensità di I massima consentita e senza mandare fuori scala il milliamperometro. - Si sposta il cursore C, cercando la posizione per cui l intensità segnalata è nulla. - Si misura la lunghezza di AC e CB del filo di costantana ben teso più volte. Metodo Il ponte di Wheatstone è un dispositivo elettrico inventato da Samuel Hunter Christie e perfezionato da Charles Wheatstone che permette di misurare in modo preciso il valore di una resistenza elettrica. Schema di un ponte di Wheatstone Si compone di un generatore di tensione che alimenta due rami resistivi posti in parallelo: il primo è composto da un resistore campione in serie a una cassetta di resistori (resistenza variabile tramite opportune manopole) di elevata precisione; il secondo ramo è invece composta da un resistore campione in serie alla resistenza incognita. Si pone quindi un galvanometro a zero centrale,, tra i due resistori del primo ramo e i due del secondo ramo. Alimentando quindi il circuito, si noterà che il galvanometro segnala il passaggio di una corrente. ariando il valore della cassetta di resistenze fino a azzerare la corrente passante per il galvanometro (equilibrando quindi il ponte), si otterrà l'esatto valore di resistenza elettrica del resistore incognito. 23

26 Se analizziamo lo schema del Ponte vediamo che, x é il resistore il cui valore di resistenza elettrica vogliamo determinare, 1 e 3 sono resistori di valore fisso e noto, mentre il resistore 2 é variabile. Se la relazione dei due resistori del lato conosciuto 2 / 1 é uguale alla relazione degli altri due resistori del lato non noto x / 3, la differenza di potenziale elettrico tra i due punti intermedi sarà nulla e pertanto non circolerà nessuna corrente elettrica fra questi due punti. Per effettuare la misura si fa variare il resistore 2 fino ad ottenere il punto di equilibrio. Nell esperimento del ponte a filo spostando il becco a coccodrillo del punto C otteniamo che tra il punto C ed D la differenza di potenziale sia nulla per cui abbiamo: l l 1 2 : : : l : x n = AC CB = ρ ρ = 1 l2 S S : l l x m = 1 : 2 Tabella delle misure x l1 = n l 2 m = = 70Ω E r =1%(costruttore) ipetere le misure più volte ed usare il valore medio e calcolare l errore assoluto. n ±E a (Ω) 70,0±0,7 1% L 1 ±E a (cm) 89,8±0,5 0,6% L 1 ±E a (cm) 60,2±0,5 0,8% n ±E a (Ω) 104±2 2% 24

27 Trasformazione di energia elettrica in meccanica. Effetto joule. Strumenti e apparecchiature utilizzati. - Generatore di tensione continua, con potenziometro per prelevare una tensione variabile( CB ) 220 in ingresso, 0 12 in uscita. - Tester usato come voltmetro con cavetti e puntali: Portata utilizzata = 10,2 Numero di divisioni = 50div Sensibilità = 0,2/div;0,04/div Classe = 1,5 - Amperometro a zero centrale con più portate: Portata utilizzata = 1,5A;0,3A Numero di divisioni = 30 Sensibilità =0,05A/div; 0,01A/div Classe = 1,5 - Calorimetro con agitatore C cal =40J/K. - Termometro a mercurio con sensibilità 0.1 centigrado. - Cronometro con sensibilità do 0.01 secondo. 25

28 - esistenza elettrica di 10Ω - Provetta graduata con sensibilità 1ml - Acqua deionizzata. - Tre cavetti di collegamento. Come procedere: a) Si suddividono gli studenti in gruppi. b) Esegui il montaggio delle apparecchiature come da schema.(breve controllata alle apparecchiature e ai collegamenti eseguiti dai gruppi di studenti.) c) Si prelevano 200ml di acqua con una provetta si determina la massa ricordando la densità dell acqua distillata. d) Si versa l acqua nel calorimetro misurando la temperatura iniziale T 1. e) Supponiamo di non essere in passaggi di stato e di considerare trascurabili le perdite termiche del calorimetro. f) Si aziona l alimentatore con a tensione di 8 g) Si leggono gli strumenti e si lascia trascorrere 300 secondi agitando delicatamente e costantemente il calorimetro. h) Trascorsi i 300 secondi si legge la temperatura finale T 2. i) Trascorsi altri 300 secondi si legge nuovamente la temperatura finale T 2. j) Si ripete questa operazione per altre due volte. 26

29 m(kg) Er (0,200±0,003) 0,015 (0,200±0,003) 0,015 (0,200±0,003) 0,015 (0,200±0,003) 0,015 T 1 C Er T 2 C Er T=T 2 -T 1 C Er t(s) (300,00±0,01) (600,00±0,01) (900,00±0,01) (1200,00±0,01) Er () Er I(A) Er I t Er m T Er C cal T Er I t- C cal T Er Costruire il grafico con carta millimetrata posizionando sull asse x il prodotto della massa per la variazione di Temperatura e sull asse y il lavoro compiuto dall energia elettrica meno la quantità di calore assorbita dal calorimetro e tracciare la retta che meglio si avvicina a tutti i punti.. 1) Come risulta il rapporto fra il prodotto della massa per la variazione di Temperatura e il lavoro compiuto dall energia elettrica, entro i limiti del suo errore assoluto? 2) Cosa rappresenta la pendenza della retta con questa scelta degli assi cartesiani. 3) Quale legge di proporzionalità lega le due grandezze variabili? 4) Calcolare dal grafico la pendenza della retta usando due punti della retta. 27

30 Esercizi inerenti alle esperienze di laboratorio. Prove di valutazione. a) Un filo di alluminio lungo 49 m e di diametro 0,70 mm è collegato in serie con un filo di rame lungo 98 m e avente lo stesso diametro. L'intensità di corrente che attraversa i fili è 1 A. Calcolare su ogni filo la caduta di tensione e l'intensità del campo elettrico. [11,2 ; 13,6 ; 0,23 /m; 0,14 /m] b) Confrontare i risultati della tabella con quelli calcolati in laboratori. c) Il campo elettrico in un filo di rame percorso dalla corrente di 2 A è /m. Calcolare il diametro del filo. [2,9 mm] d) Una bobina è formata da 500 spire (figura qui sotto) di filo di acciaio di sezione 0,4 mm 2. Il diametro delle spire è 4 cm. Calcolare la resistenza della bobina. [28,3Ω] e) Una bobina è costituita da 1000 spire circolari di diametro 10 cm. Sapendo che il filo conduttore ha una sezione di raggio 0,2 mm e resistività 10-8 Ω m, determinare la d.d.p. da applicare agli estremi del filo affinché la bobina sia percorsa dalla corrente di 1 A. [25 ] 28

31 f) In un conduttore di resistenza 50Ω, immerso in un recipiente che contiene 2kg di acqua distillata, passa una corrente di 0,4 per mezz ora. Se idealmente nel recipiente non ci sono perdite di calore, l aumento della temperatura dell acqua è? [3,44 C] g) Un filo conduttore è tagliato in parti uguali, ognuna delle quali viene riunita in un sistema in parallelo. Calcolare il numero di parti, sapendo che la resistenza del filo è 150Ω e che la resistenza equivalente è 6Ω. [5] h) Il circuito della figura è costituito da un sistema di tre resistenze da 4Ω, 4Ω, 6Ω, alimentato da un generatore da 6 con resistenza interna trascurabile. Calcolare l'intensità di corrente che percorre il circuito, ed chiarire il funzionamento delle varie parti del circuito ed indicare il verso della corrente nel circuito. [4 A] 4 Ω 4 Ω 6 Ω 6 i) Nove fili di rame di lunghezza l e diametro d sono collegati in parallelo a formare un singolo conduttore composto di resistenza. Quale dovrebbe essere il diametro D di un singolo filo di rame di lunghezza l per avere la stessa resistenza del conduttore composto? 29

32 j) Il circuito della figura, alimentato da un generatore di resistenza interna trascurabile, è percorso da una corrente di intensità uguale a 1 A. Calcolare la resistenza indicata con x in figura, e spiegare le varie parti del circuito [2 Ω] 25 Ω X Ω 100 Ω 22 k) In un circuito è inserita una resistenza da 9,6 0 e due generatori collegati in serie tra loro e aventi f.e.m. uguale a 5 e uguale resistenza interna. L'intensità di corrente è 1 A. Calcolare la resistenza interna dei generatori, ed realizzare uno schema del circuito. [0,4 Ω] 30