EQUILIBRIO TERMICO ➨ L'equilibrio termico è lo stato termodinamico che due o più sistemi raggiungono quando vengono messi in contatto tra loro. Quando entrano a contatto, i due sistemi subiscono variazioni di temperatura che sono inversamente proporzionali alle loro masse.

SCOPO DELL’ESPERIMENTO

Considerando un cilindro d’ottone, ne devo ricavare il calore specifico ponendo l’oggetto a contatto con una sorgente calda (acqua riscaldata).

MATERIALE UTILIZZATO

Cilindro d’ottone
Piastra riscaldata
Calorimetro
Termometro
Becher da 300ml
Cilindro graduato

PROCEDIMENTO

Prima di cominciare l’esperimento misuro la massa del cilindro di ottone ➨ mott = 172,78g Procedo posizionando il becher contenente 300ml di acqua sulla piastra riscaldata, attendendo che essa raggiunga una temperatura di 100 °C e che l’acqua raggiunga l’ebollizione. Prima che l’acqua bolla inserisco il cilindro in orizzontale sul fondo del becher, e lo lascio in posizione. Mentre attendo che l’acqua raggiunga la temperatura di 100 °C misuro 100ml di acqua a temperatura ambiente contenuta in un secondo becher attraverso un cilindro graduato e la inserisco nel calorimetro. A questo punto misuro con un termometro la temperatura dell’acqua nel calorimetro ➨ T 1 = 17,6°C Una volta raggiunta l’ebollizione dell’acqua posizionata sulla piastra, aspetto un tempo sufficientemente lungo affinché venga raggiunto l’equilibrio termico. Procedo quindi rimuovendo il cilindro d’ottone dall’acqua e inserendolo nel calorimetro, aspettando un tempo sufficientemente lungo prima di misurare la temperatura dell’acqua all’interno del calorimetro ➨ Tf = 27,1°C

DATI RICAVATI

M 1 = 100g + 13g = 113g ➨ considerando di 13g la massa equivalente in acqua. M 2 =172,78g ➨ sia M 2 la massa del cilindro di ottone. T 1 = 17,6°C ➨ sia T 1 la temperatura dell’acqua a temperatura ambiente. T 2 = 100°C ➨ sia T 1 la temperatura dell’acqua riscaldata sulla piastra.

C 1 = 4,186 ⋅ 103 kJ = 1 cal ➨ sia C 1 il calore specifico dell’acqua ➨ Devo trovare C 2

CALCOLI

Per l’equazione dell’equilibrio termico: C 1 ⋅ M 1 ⋅ ΔT 1 = C 2 ⋅ M 2 ⋅ ΔT 2 Sia ΔT 1 = Tf – Ti e ΔT2 = 100 °C – Tf ➨ ricavo dall’equazione C 2 C 2 = C 1 ⋅ M 1 ⋅ ΔT 1 / M 2 ⋅ ΔT 2 = (1 cal) ⋅ (1,13 10^2 g) ⋅ (27,1 °C – 17,6 °C) / (172,78 g) ⋅ ( 100 °C – 27,1 °C)

Calore specifico cilindro d’alluminio

Ripeto ora l’esperimento con un blocco di alluminio. Prima di cominciare l’esperimento misuro la massa del cilindro di ottone ➨ mall = 55,94g

DATI RICAVATI

M 1 = 100g + 13g = 113g ➨ considerando di 13g la massa equivalente in acqua. M 2 =55, 94 g ➨ sia M 2 la massa del pesetto di alluminio. T 1 = 1 8 ,6°C ➨ sia T 1 la temperatura dell’acqua a temperatura ambiente. T 2 = 100°C ➨ sia T 1 la temperatura dell’acqua riscaldata sulla piastra. C 1 = 4,186 ⋅ 103 kJ = 1 cal ➨ sia C 1 il calore specifico dell’acqua Rimuovo il cilindro d’ottone precedentemente inserito nell’acqua che bolle e lo inserisco nel calorimetro, aspettando un tempo sufficientemente lungo prima di misurare la temperatura dell’acqua all’interno del calorimetro ➨ Tf = 25 , 8 °C Deduco quindi che l’alluminio ha rilasciato meno calore dell’ottone. Tf è la temperatura nello stato di equilibrio termico