Relazione di Fisica

Determinazione dell’equivalente meccanico del

calore mediante calorimetro rotante

Valeria Modica 3° F a/s 2007/2008

Tra i vari esperimenti effettuati durante il corso di fisica “L’energia e le sue trasformazioni” l’esperimento

di cui parlerò in seguito è “la trasformazione del lavoro

meccanico in calore”, e tra tutti è quello che mi ha interessato

maggiormente poichè in prima persona ne sono stata partecipe.

Spiegazione dell’esperimento

Mediante un calorimetro di rame, l’esperimento permette la trasformazione di energia meccanica in calore in modo da poter dimostrare sperimentalmente la loro equivalenza numerica e dimensionale. Con un’ ulteriore dimostrazione, ottenuta esprimendo il calore in caloria si può verificare che il rapporto L/Q è equivalente a 4,186 J/cal.

• Funicella

• Calorimetro di rame ad acqua

• Peso di massa 5 Kg

• Termometro

Materiale adoperato

Svolgimento• Possiamo suddividere l’esperimento in due fasi: la fase del

montaggio dell’apparecchio e l’esperimento vero e proprio.

• Fase di montaggio: Il calorimetro gia riempito d’acqua è stato fissato all’angolo di un tavolo in modo che la manovella poteva essere ruotata liberamente. In seguito la funicella viene avvolta intorno al corpo di rame e alla sua estremità viene agganciato un peso di m= 5 kg. Ad una estremità del calorimetro viene inserito il termometro per la misura dell‘ aumento di temperatura.

Per far si che l’esperimento abbia inizio, bisognava ruotare la manovella e il peso da 5 kg si sollevava e si manteneva poi alla stessa altezza a causa dell’attrito della cordicella che applicato sul corpo di rame ,e quindi strofinandosi ad esso produce calore . A questo punto l’acqua presente all’interno del calorimetro si riscalda man mano che aumentano i giri della manovella... Abbiamo calcolato l’aumento di temperatura ad ogni intervallo di 50 giri. Mediante l’aiuto di un grafico possiamo notare questo rapporto tra n° di giri e quantità di calore …

Fase sperimentale

Rapporto N° giri/calore(temperatura C°)

L(N° giri)

T(C°)

0 24,8

50 26.8

100 28.4

150 29.8

200 30.6

250 31.5

300 32.8

Temperatura[°C]/N° giri

26,527

27,528

28,529

29,530

30,531

31,532

32,533

50 100 150 200 250 300 350

La forza esercitata dalla cordicella è una forza d’attrito dinamico Fd e la massa ha forza peso(fp=m*g=5kg*9,81m/s²=49N) e sappiamo che Fd≈Fp . Il lavoro si ottiene dal prodotto di forza e spostamento . Lo spostamento si ottiene dal prodotto tra n° di giri e circonferenza del cilindro di rame (2*π*r). Avendo tali dati possiamo calcolare il lavoro eseguito durante l’ esperimento

L=Fd*S ; C=2*π*r;=> L=mg*c*N

5*9.81*2π*24*10-³*N

N° giri

L(lavoro)

50 369.6

100 739.2

150 1108.9

200 1478.5

250 1848.2

300 2217.8

C= calore spec.(1 caloria)

Massa totale=(Mc(40g)+ma(11g))≈50

ΔT= Tf-Ti(temperatura

presente nel grafico)

Avendo tali dati

possiamo calcolare il calore

Q=massa tot*C*ΔT

ΔT Q

2 100

3.6 180

5 250

5.8 290

6.7 335

8 400

Rapporto Lavoro/Calore

L(lavoro)/ Q(calore)

80110140170200230260290320350380410

300 600 900 1200 1500 1800 2100 2400

L Q

369.6 100

739.2 180

1108.9

250

1478.5

290

1848.2

335

2217.8

400

• Come possiamo notare dal grafico , il LAVORO è direttamente proporzionale al CALORE. Quindi l’esperimento è riuscito in maniera positiva, nonostante gli errori casuali avvenuti durante lo svolgimento che fanno variare il risultato.

• Concludo dicendo che quest’esperimento, oltre che molto interessante, è stato anche molto istruttivo, insieme a tutti gli altri spero che l’anno prossimo avrò modo di partecipare nuovamente.

•CONCLUSIONI

Fine