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ESTENSIONE ON LINE

Determinazione dell’equivalente in acqua di un calorimetro

Materiale occorrente:• un calorimetro;• una piastra riscaldante o becco Bunsen;• una rete spargi fiamma;• una bilancia tecnica (sensibilità 0,01 g);• un becher da 250 ml.

Pericoli:• i pericoli nell’esecuzione dell’esperienza sono le fonti di calore e la vetreria, che se si

rompe diventa tagliente;• non vi sono sostanze pericolose nell’esecuzione dell’esperienza.

PrinciPioSe due corpi, a temperatura diversa, vengono messi a contatto, dopo del tempo si ot-tiene una temperatura di equilibrio (te) in quanto il calore fluisce dal corpo più caldo a quello più freddo.Se il calorimetro fosse un termos perfetto il valore della temperatura di equilibrio teorica (te) sarebbe uguale a quello misurato sperimentalmente (tsper).Ma siccome il termos perfetto non esiste, il calorimetro assorbe una piccola ma signi-ficativa quantità di calore.Per ovviare a questa dispersione si calcola l’equivalente (me) in acqua del calorimetro.

Figura 1 Calorimetri Figura 2 Calorimetro smontato

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ESTENSIONE ON LINE

MetodicaSi pesano nel becher con una bilancia tecnica (0,01 g) 200 g di acqua distillata e si introducono nel calorimetro.Si chiude quest’ultimo con il coperchio nel quale vengono inseriti il termometro (sen-sibilità 0,1 °C) e l’agitatore.Si registra la temperatura dell’acqua quando questa è costante (t1).Nel frattempo si pesano altri 200 g di acqua distillata in un becher e si portano a circa 60°C con l’ausilio della piastra riscaldante, avendo cura di registrare la temperatura effettiva (t2) col termometro (sensibilità 0,01°C).Aggiungere rapidamente i 200 g di acqua calda ai 200 g di acqua già presenti nel calo-rimetro, chiudere il coperchio e agitare lentamente con l’agitatore.Si registra la temperatura quando, dopo del tempo, è stabile sul valore della tempera-tura di equilibrio (tsper).

calcoliLa temperatura di equilibrio teorica (te) si ricava eguagliando la variazione di caloredell’acqua calda e dell’acqua fredda:

m1 • Cp • (te – t1) = m2 • Cp • (te – t2)

Dove m1 è la massa dell’acqua fredda (200 g), Cp è il calore specifico dell’acqua (1 cal/°C • g), t1 è la temperatura registrata dell’acqua fredda, m2 è la massa dell’acqua calda (200 g).Per cui la temperatura di equilibrio teorica è data da:

te =m2 • Cp • t2( ) + m1 • Cp • t1( )

m2 • Cp( ) + m1 • CP( )A questo punto si noterà che il valore della temperatura di equilibrio sperimentale è diverso (minore) di quello teorico perché, lo ricordiamo, il calorimetro assorbe una parte del calore.Si calcola successivamente l’equivalente in acqua del calorimetro (me) dalla seguente relazione:

Cp • (m1 + me) (tsper – t1) = Cp • m2 (t2 – tsper)

Dalla quale si ottiene:

me =m2 • t2 − tsper( )

tsper − t2( )−m1

Ogni calorimetro ha il suo equivalente in acqua, quindi la determinazione va fatta per ogni singolo calorimetro.Per avere un dato più accurato dell’equivalente in acqua di un calorimetro si devono effettuare più misure con masse diverse di acqua e poi fare la media.Per «misure con masse diverse di acqua» si intende misure effettuate con, ad esempio, 250 grammi di acqua «fredda» e 250 grammi di acqua «calda».

Figura 3 Misura dell’equivalente in acqua di un calorimetro