Il calore specifico dei solidi

Transcript

1 Il calor spcifico di solidi PREREQUISITI Pr affrontar la prova di laboratorio lo studnt dv sapr... Ch cos è la tpratura co la si isura Qual è il punto fisso rlativo all bollnt Il conctto di calor la sua unità di isura Ch cosa sono co si isurano il calor spcifico la capacità trica di un corpo L quazion fondantal dlla caloritria 1. Titolo Pr qusta prova si propon il sgunt titolo: Dtrinazion dl calor spcifico di solidi.. Obittivi Lo scopo è dtrinar il calor spcifico di alcuni corpi solidi di vari atriali (pr spio: otton, alluinio, acciaio, vtro, ), individuati tali valori, confrontarli con qulli riportati nll tabll dl tsto. 3a. Scha /o disgno Il disgno rlativo all sprinza consist nlla riproduzion di un caloritro, dl bckr graduato sul fornllo dl trotro, cioè dlla part di struntazion ch aggiornt carattrizza qusta prova. Figura 1 3b. Matrial strunti Il atrial utilizzato è qullo ch sgu: cilindri di vari atriali (otton, alluinio, acciaio, vtro cc.); asta di supporto; fornllo (lttrico o bunsn); caloritro (rcipint isolato tricant ch assorb una quantità di calor olto piccola); contnitor graduato (o bckr);

2 pinz o gancio; trotri di divrsa portata snsibilità; bilancia. 4. Contnuti torici L basi torich dlla prova sono rapprsntat dai fnoni lgati allo scabio trico fra corpi a divrsa tpratura, al raggiunginto dll quilibrio trico al conctto di calor co nrgia ch vin trasfrita. In particolar, si dovrà illustrar il fatto ch i corpi si coportano divrsant risptto all assorbinto alla cssion dl calor a sconda dl atrial di cui sono costituiti. Pr tnr conto dl divrso coportanto, si introducono appunto l grandzz fisich chiaat capacità trica calor spcifico. 5. Dscrizion dlla prova L scuzion dlla prova, pur non ssndo coplssa dal punto di vista dlla ssa in opra, richid una crta attnzion, in quanto ncssita di una fas prliinar finalizzata a capir co intragisc il caloritro nlla nostra isurazion. Dovndo dscrivr la prova, sarà sufficint sinttizzar i passaggi principali di sguito riportati. Ciò ch concrtant si vuol far è: trovar quanto calor assorb il caloritro pr ogni grado di aunto dlla sua tpratura, val a dir la sua capacità trica (Part I); riscaldar fino a una tpratura nota (100 C) alcuni solidi, rilvar la tpratura di quilibrio dopo avrli ssi nl caloritro, contnnt una crta quantità di, calcolar quindi il loro calor spcifico (Part II). Sibologia utilizzata: c calor spcifico dll ; c solido calor spcifico dl solido; C cal capacità trica dl caloritro; t 1 tpratura inizial dll frdda dl caloritro; t tpratura inizial dl solido (100 C) dll bollnt dl bckr; t tpratura di quilibrio final dl sista (caloritro, solido). Si può procdr adsso sgundo qust istruzioni. PARTE I: CAPACITÀ TERMICA DEL CALORIMETRO Si tta una stssa quantità d (pr spio, 150 g corrispondnti a 15,0 cl) nl caloritro, ch poi si dovrà richiudr, nl contnitor posto sul fornllo. Si accnda il fornllo si riscaldi l fino a una tpratura di C, rilvando attntant con i trotri l tpratur sia dll nl caloritro (t 1 ) sia di qulla riscaldata (t ). Si vrsi l calda dntro il caloritro, chiudndolo rapidant scolando l all intrno con l apposito isclator. Dopo avr attso un intrvallo di tpo sufficint (dll ordin dl inuto), si vdrà frarsi il livllo dl rcurio nl trotro fissato nl tappo dl caloritro: qulla rapprsnta la tpratura di quilibrio dl sista, ch si dv rilvar con cura (t ). Si calcola la capacità trica dl caloritro trait la rlazion ricavata dall quazion fondantal dlla caloritria (vdi Hlp 1): C cal calda c ( t t ) frdda c ( t t1) t t 1

3 Il valor di C cal vin isurato una volta pr tutt, quindi qusta part non sarà più sguita. S si utilizzano l unità di isura dl SI, bisogna ricordarsi di usar pr l ass i kg pr il calor spcifico dll il valor 4186 J/(kg C). Nl caso in cui la tpratura dll frdda foss 16,8 C, qulla dll calda 57,6 C la tpratura di quilibrio di stabilizzass su 36,0 C, allora si trovrbb: C cal 0, (57,6 36,0) 0, (36,0 16,8) 78 36,0 16,8 J C PARTE II: CALORE SPECIFICO DEI SOLIDI Si tta una data quantità d (pr spio, 00 g corrispondnti a 0,0 cl) nl caloritro. Si tta una quantità d qualunqu (basta ch copra il cilindrtto) nl contnitor posto sul fornllo quindi si accnda qust ultio, portando l alla tpratura di bollizion di 100 C. (Evntualnt, s il trotro ha una portata sufficint, si può disporlo trait l asta di supporto nl bckr pr rilvar l satta tpratura dll calda.) Si isuri la assa dl solido di cui si vuol dtrinar il calor spcifico trait la bilancia. Mntr l sul fornllo di sta riscaldando, si irga in ssa il cilindrtto, adoprando un paio di pinz o un gancio s il solido è dotato di un apposito foro. Dopo avr attso alcuni inuti, si rilvi la tpratura dll nl caloritro (t 1 ) dll bollnt (t ), ch sarà anch la tpratura dl solido (s l boll, si può prndr dirttant t 100 C, a condizion di non trovarsi olto al di sopra dl livllo dl ar). Si introduca con azion rapida il cilindrtto dntro il caloritro si chiuda qust ultio vlocnt, scolando l all intrno con l apposito isclator. Dopo avr attso un intrvallo di tpo sufficint (alcuni inuti), si vdrà frarsi il livllo dl rcurio nl trotro fissato nl tappo dl caloritro: qulla è la tpratura di quilibrio dl sista, da rilvar attntant (t ). I passaggi dlla Part II vanno riptuti pr ognuno di corpi solidi assgnati. I dati si possono raccoglir co indicato nlla tablla riportata sotto. 6. Raccolta di dati Nlla tablla, pr non rndrla troppo coplicata, ttiao solo i valori i rispttivi rrori assoluti di qull grandzz ch sicurant cabiano al cabiar dl atrial. I dati fissi quali la capacità trica dl caloritro, la quantità di nl caloritro la tpratura dll bollnt, val a dir la tpratura inizial dl solido, possono ssr riportati ordinatant pria dlla tablla. (I valori riportati qui sotto sono purant indicativi.) Ccal 78 J/ C; (0,00 ± 0,001) kg; t (100 ± 1) C sostanza (kg) ε a () (kg) t 1 t ε a (t) t t t t 1 c solido (J kg -1 C -1 ) otton 0,0300 0,0001 0,4 1,4 0, 78,6 1,0 388 ra acciaio vtro

4 7. Elaborazion A qusto punto si può calcolar, trascrivndolo nlla colonna 8, il calor spcifico dl solido trait la rlazion (vdi Hlp ): c solido ( c solido + C ( t cal t ) ( t ) t ) 1 In tablla, nlla riga dll otton, sono proposti alcuni dati capion, ch portano al sgunt risultato: ( c + Ccal ) ( t t1) c otton ( t t ) otton (0, ) (1,4 0,4) 388 0,0300 (100 1,4) J kg C Bisogna riptr ovviant i calcoli pr ognuno di solidi a disposizion. Pr quanto riguarda l vntual calcolo dgli rrori assoluti di C cal di c solido, rinviao all Hlp 3. Hlp 1 S la rlazion da cui è stato ricavato C cal non è chiara, si svolgano i passaggi ch conducono a ssa, ricorrndo all quazion fondantal dlla caloritria: Q c t. calor cduto calor assorbito calor assorbito dall calda dall frdda dal caloritro Q cd Q ass1 Q ass calda c (t t ) frdda c (t t 1 ) + C cal (t t 1 ) Qust ultia quazion la possiao anch scrivr: C cal (t t 1 ) calda c (t t ) frdda c (t t 1 ) Dividndo, infin, abo i bri pr t t 1 si trova la forula crcata. Hlp Anch in qusto caso il calor spcifico lo si ricava da un bilancio trico basato sull quazion fondantal dlla caloritria: calor cduto calor assorbito calor assorbito dal solido dall dal caloritro Q cd Q ass1 Q ass solido c solido (t t ) c (t t 1 ) + C cal (t t 1 ) Raccoglindo a fattor coun t t 1 nl scondo bro, si ha: solido c solido (t t ) ( c + C cal ) (t t 1 ) Dividndo, infin, abo i bri pr solido (t t ), si ottin la forula crcata. Hlp 3 Si dv considrar ch, ssndoci ni calcoli di C cal di c solido anch dll sottrazioni, nll quali counqu si dvono soar gli rrori assoluti dll grandzz in gioco, alla fin n risultrà un rror assoluto di propagazion coplssivo piuttosto rilvant. Pr ridurr qusta consgunza convin, s disponibili, usar trotri a lvata snsibilità non arrotondar gli rrori assoluti ni passaggi intrdi, a solant alla fin.

5 8. Analisi di risultati conclusioni I risultati ottnuti sono attndibili, s i valori di vari c solido si avvicinano a qulli prvisti dall tabll (ovvro, in caso di calcolo dgli rrori, s i calori spcifici tabulati rintrano all intrno dgli intrvalli di indtrinazion trovati). S, al contrario, i risultati sono insoddisfacnti, allora bisogna crcar di individuar l caus ch hanno influnzato ngativant la prova. N suggriao qualcuna: disprsioni trich sia durant il travaso dll pr la dtrinazion di C cal sia nl trasfrinto dl solido; tpratura dl solido inizial (posta a 100 C) non controllata.