SEDA DI LABORATORIO LA ARIA ELETTRIA ORSO DI PERFEZIONAMENTO PERORSI DIDATTII DI FISIA E MATEMATIA II DIPARTIMENTO DI FISIA UNIERSITÀ DEGLI STUDI DI SIENA Σιλϖια Χασινι A.A. 2005/06
Schda di laboratorio SEDA DI LABORATORIO ogom. Nom.. lass. Data.. TARATURA DEL OULOMBOMETRO PREMESSA TEORIA Dopo avr itrodotto dlla carica lttrica mdiat u brv iquadramto storico attravrso rifrimti alla vita quotidiaa passiamo ad u approccio di tipo sprimtal fializzato a trovar u mtodo pr misurar tal gradzza. A diffrza di altr, qusta o è ua gradzza visibil quidi si ha la cssità di ricorrr ad ua misura idirtta ch sfrutti ua sua qualch proprità vidt, com si fa, ad smpio, pr la misura dlla tmpratura. Dall aalisi dl fomo dll lttrolisi, ossrvado ch più a lugo circola corrt maggiori soo i volumi di du gas prodotti, si arriva all ida di usar la quatità di ua di gas prodotti ll lttrolisi com misura dlla quatità di carica lttrica passata. uidi pr misurar la quatità di carica ch passa i u crto puto di u circuito lttrico, basta itrrompr il circuito i u puto isrir lo strumto ch la misura (clla a idrogo). omprso l utilizzo dlla clla a idrogo sguiamo ua sri di smplici spriz volt a comprdr l proprità dlla carica lttrica, i particolar la cosrvazio di qusta gradzza. o lo stsso mtodo si studia u circuito costituito da u ampromtro ua clla a idrogo i sri. Raccoglido, a istati di tmpo fissati, i valori dll itsità di corrt, dall ampromtro, dl volum di gas, dalla clla a idrogo, si può costruir la rlazio tra la carica misurata i (o i A s) i fuzio dlla carica misurata i cm di idrogo, i modo da avr ua taratura dlla clla a idrogo. Ioltr, attravrso tal rlazio, si può stimar il valor dlla carica lmtar, cofrmado così la quatizzazio dlla carica. SOPO Scopo pricipal dll spriza è studiar la rlazio sistt tra la carica ch attravrsa u smplic circuito lttrico i u crto itrvallo di tmpo la quatità di idrogo sviluppato i ua clla cott ua soluzio lttrolitica di acqua acido solforico isrita i sri l circuito. Ioltr, attravrso la dtrmiazio dlla carica al passata l circuito, si vuol stimar il valor dlla carica lmtar. APPAREIATURE E MATERIALI : Bckr, provtta graduata, lttrodi, acqua, acido solforico, lastici di gomma, ampromtro, grator, cavtti lttrici, morstti, croomtro, guati di lattic. PREPARAZIONE DELL APPARATO SPERIMENTALE : 1
Schda di laboratorio La clla a idrogo dv ssr prdisposta rimpido il bckr co circa 500 cm di acqua ( 2 O) co acido solforico ( 2 SO 4 ) i soluzio al 5%. Si dv rimpir compltamt la provtta co ua part dlla soluzio, dopo avrla capovolta tdola b chiusa, dv ssr immrsa l rsto dl liquido cotuto l bckr isrita i uo di du lttrodi, com i figura. Il circuito dv ssr costruito collgado i sri gli lmti facdo i modo ch l lttrodo isrito lla provtta sia collgato al polo gativo dl grator. o la chiusura dl circuito si vrifica il fomo dll lttrolisi dll acqua (l acido è stato aggiuto pr vlocizzar il procsso): gli ioi positivi + dlla soluzio soo attratti dall lttrodo gativo, i prossimità di qusto, catturado gli lttroi, formao idrogo gassoso (si possoo otar l bollici itoro al catodo) ch sal lla provtta. o il passar dl tmpo si ossrva duqu ch il liquido prst all itro dlla provtta scd progrssivamt. f..m. 0-15 A Disgo dll apparato sprimtal A Schma dl circuito Prima di partir co la raccolta di dati, occorr chiudr brvmt il circuito pr rgolar la diffrza di potzial, all icirca itoro a 9, i modo ch il procsso di lttrolisi avvga i u tmpo opportuo. uidi si fa partir il croomtro ogi 2 miuti si ffttuao l lttur dl volum dll idrogo formatosi lla part suprior dlla provtta dll itsità di corrt dall ampromtro. Si cotiua fio a ch il volum dl gas o è circa 5 cm. TABELLA I valori ltti soo da riportar lla sgut tablla: t (mi) (cm ) E( )(cm ) i (ma) E(i) (ma) t (mi) (cm ) E( )(cm ) i (ma) E(i) (ma) 2 16 4 18 6 20 8 22 10 24 12 26 14 28 0 Oss.: com rror sul tmpo si cosidri 1 s, cosidrado troppo piccola la ssibilità dl croomtro usato (0,01 s) risptto ai tmpi di razio di u rilvator umao; pr l rror sul volum si assum la ssibilità dlla provtta (0,1 cm ); 2
Schda di laboratorio l rror sull itsità dlla corrt si calcoli sulla bas dll idicazioi dll ampromtro utilizzato (E(i) 1,2% dlla lttura + 1digit). ELABORAZIONE DEI DATI: o i dati rilvati si calcola: l itsità di corrt mdia (i m ) l rror associato ad ssa (smidisprsio); la carica ch ha prcorso il circuito ad ogi lttura: k k i 1 t l rror sulla carica, i bas alla propagazio: k [ E( i ) t + i E( t) ] k 1, co t 120 s 1 k 15 ; E( ), co t 120 s 1 k 15 ; t (mi) (cm ) E( )(cm ) i (ma) E(i) (ma) () E() () 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 0 i m (ma) E(i m) (ma) GRAFIO o i valori ch si ottgoo si costruisc il grafico (- ), dtrmiado così la rlazio tra il volum dll idrogo lla clla la corrispodt quatità di carica, ovvro la taratura dlla clla a idrogo com strumto pr la misura dlla carica 1. 45,0 Taratura dl oulombomtro 40,0 5,0 0,0 () 25,0 20,0 15,0 10,0 1.: il grafico prcdt ha solo ua scopo puramt dscrittivo, i valori soo stati laborati dal grafico allgato su carta millimtrata. 5,0 0,0 0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5,0,5 4,0 4,5 5,0 (cm )
Schda di laboratorio o la dtrmiazio, pr via grafica, dl cofficit agolar dlla rtta, si otti il valor dl rapporto /, dopo avr tracciato l rtt di massima di miima pdza, calcolato i rispttivi cofficiti agolari (m max m mi ), si dtrmia l rror associato (m max - m mi )/2. I valori ottuti soo:... E... cm cm ALOLO DI - : Pr stimar il valor dlla carica lmtar dll rror associato si utilizza la sgut rlazio: dov: è la quatità di carica al ch ha attravrsato il circuito; - è il umro di carich lmtari, ch coicid co il umro di atomi di idrogo (z 1); m è la massa atomica dll idrogo(m 1,66 10-27 kg); è il volum fial di idrogo raccolto lla clla; d è la dsità dll idrogo (d 8,4 10-5 g/cm ). Tdo coto dlla formula prcdt si può procdr i tr modi divrsi: 1. si calcola moltiplicado l itsità di corrt mdia i m pr il tmpo al T; 2. si utilizza il valor di calcolato i tablla;. si sfrutta il valor dl rapporto / ottuto pr via grafica. 1. I valori rlativi all spriza svolta soo: i m ± E(i m ) (.. ± ) A T ± E(T) (.. ±..) s, si ottgoo: i m T. A. s... E( ) E(i m ) T + i m E(T) A s + s. A.. uidi, ± E( ) (.. ± ) Pr il calcolo di - : d m m d...... 10, Si ha: Ifi, d E ( ) E( )...... 10... 10 m ± E( ) (.. ±.) 10 4
Schda di laboratorio...... 10 uidi : E( E( ) ) E( ) +... 10 - ± E( - ) (. ±..) 10 -... 10 2. osidrado il calcolato i tablla riptdo i calcoli prcdti si ha: ± E( ) (. ± )...... 10 ± E( ) (. ±.) [E % ()..%] 10 quidi : E( E( ) ) E( ) +...... 10 - ± E( - ) (.. ±.) 10 -. S si utilizza il valor dl rapporto carica/volum ricavato dal grafico si ha: ± E (... ±...) cm m d...... 10 [E % () %] quidi : E( m ) d E...... 10 - ± E( - ) (.± ) 10 - [E % ().. %] OSSERAZIONE E ONLUSIONI Abbiamo dtrmiato, attravrso il grafico (-), la corrispodza tra il volum dll idrogo prodotto la carica ch ha attravrsato il circuito, (clla a idrogo com coulombomtro). La corrispodza trovata è:... E... cm cm uidi, posto 1,0 cm E() 0,1 cm calcolado E() co la propagazio dgli rrori, 5
Schda di laboratorio E ( ) E + E( ), si otti: (1,0 ± 0,1) cm (. ± ) ( ± ) Ioltr abbiamo stimato il valor dlla carica lmtar trovado i sguti itrvalli: 1. - ± E( - ) ( ±.) 10 - (...) 10-2. - ± E( - ) ( ±.) 10 - (...) 10 -. - ± E( - ) ( ±.) 10 - (...) 10 - ofrotado i risultati prcdti tdo coto dgli gli rrori rlativi, cosa si può cocludr?.. 6