TRASFORMAZIONE DEL LAVORO MECCANICO IN ... - Il Saturatore

TRASFORMAZIONE DEL LAVORO MECCANICO IN CALORE:
Obiettivo:
Materiali - calorimetro di Callender
Procedimento:
- Termometro (sensibilità: 0.2 °C)
- fettuccia di rame
- acqua
- molla
- solido (m1= 5 Kg)
- bilancia (sensibilità: 1 g)
1- Riempire il calorimetro con una data quantità d’acqua ;
2- Calcolare tramite l’utilizzo del termometro la temperatura iniziale dell’acqua (T1) ed in seguito la
massa (mH2O);
3- Calcolare, con l’utilizzo della bilancia elettronica, la massa della fettuccia e del calorimetro (mcal +
mfet)
4- Calcolare il diametro del calorimetro (d): in questo caso è necessario compiere più di una misura ed
in seguito calcolare il valor medio delle misure rilevate.
5- Avvolgere accuratamente il calorimetro con la fettuccia di rame, fissata per un’ estremità ad una
molla e per l’altra ad un peso (m1).
6- A questo punto è necessario compiere un determinato numero di giri del calorimetro (tramite
un’apposita manovella collegata al sistema).
7- Alle conclusione di questo procedimento si misura la temperatura dell’acqua all’interno del
calorimetro (T2) e si effettuano i calcoli, atti a determinare il rapporto tra lavoro e calore (L/dQ).
Dati
• Massa dell’acqua: mH2O= 58.66 g
• Temperatura iniziale (H2O): T1= 23.4 °C
• Temperatura finale (H2O): T2 = 28 °C
• Diametro del calorimetro: d1= 46.7 mm d (medio)= 46.65 mm =0.04665 m
d2= 46.6 mm
• Massa del calorimetro + massa fettuccia Cu : mcal + mfet= 127.88 g
• Massa del solido: m1= 5 Kg
• Numero di giri compiuti: n°giri= 200

Calcoli
A) Calcolo del Lavoro:
L = G x x (Lavoro è il prodotto scalare tra massa G e spostamento x)
G= m1 . g = 5 Kg . 9.81 m/s 2 = 49 N
x= n°giri . π . d = 200 . π . 0.04665 m= 29.531 m
L= 1447.019 j
B) Calcolo del calore:
dQ= (CH2O . mH2O + E1 + E2) . (T2-T1) [E1 = (mcal + mfet ) . Ccu] Ccu=0.092 cal/g °C
[ E2 = 0.8 cal/°C]
dQ= (1 cal/g°C . 58.66g + 11.765g + 0.8 cal/g°C) (28 °C – 23.4°C)= 327.635 cal
C) Rapporto tra lavoro e calore:
L / dQ = 1447.019 N / 327.635 cal/°C= 4.416 j/cal
Calcolo dell’errore percentuale:
4.184 – 4.416
e% = x 100 = 5.5 %
4.184
Conclusioni:
Con questo esperimento si è potuto calcolare l’equivalente meccanico del calore.
Questo viene indicato usualmente con la lettera J, ed è il rapporto numerico costante tra le due
grandezze fisiche omogenee calore e lavoro. In una qualunque trasformazione di un sistema
termodinamico, il rapporto tra la quantità di calore Q e di lavoro L scambiati dal sistema con l'esterno
è indipendente dal particolare tipo di sistema, e vale L/Q = J = 4,184 j/cal.