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Termologia

Calorimetro delle mescolanze

DESCRIZIONE:

Il calorimetro ad acqua, detto anche a mescolanza, è uno degli apparecchi scolasticamente più adatti a rendere chiaro agli scolari il metodo sperimentale in questo campo di ricerca. Certamente l'esperienza che può essere eseguita durante un'ora di lezione non dà risultati precisi, anzi scarsamente approssimati, però se l'insegnante metterà molta cura e pazienza, l'esperienza sarà molto istruttiva anche dal punto di vista quantitativo.
Materiale occorrente:
• Calorimetro ad acqua . • Acqua distillata, 200 cm³
• Bicchiere di vetro soffiato da 200 cm³, ben pulito. • Bilancia tecnica di precisione , pesiera con frazioni di grammo .
• Treppiede, becco Bunsen, reticella; può servire come fiamma anche la lampada ad alcool .
• Un pezzetto di corpo qualsiasi (sostanza non solubile in acqua), al quale sia legato un pezzo di filo di cotone o seta molto sottile e del quale si sia determinato il peso; un paio di forbici appuntite.
• Un termostato; serve bene un vaso di Dewar (n. 50617) o una bottiglia thermos; il corpo in esame deve avere dimensioni tali da consentirgli di passare agevolmente attraverso il collo del vaso.
Esperienza.
Si scaldano 100 cm³ circa d'acqua nel bicchiere sul treppiede coperto dalla reticella; con un termometro ad asta si controlla la temperatura: è sufficiente che l'acqua giunga a 40°C circa; si introduce il corpo nel termostato lasciando il filo pendere fuori. Quindi si versa l'acqua tiepida nella bottiglia e vi si introduce il termometro; dopo una mezz'ora circa la temperatura nell'interno della bottiglia è stabile e il termometro ne dà la temperatura, si cerchi di leggere anche le frazioni di grado.
Intanto si toglie il vaso calorimetrico (quello interno) dall'apparecchio e si pulisce e si tira a lucido perfettamente, fuori e dentro, poi si rimette a posto. Si versano nel calorimetro 100 grammi di acqua distillata, pesati con molta cura (metodo della tara). Meglio sarebbe pesare l'acqua direttamente nel vaso calorimetrico per evitare che si perda quel po' d'acqua che rimane aderente al bicchiere quando da questo si versa nel calorimetro.
In ogni modo si proceda per la pesata nel modo che segue.
- Si pesa il vetro (che sia stato pulito con sapone e abbondantemente lavato e ben asciugato) mettendolo in un piattello con abbondante tara nell'altro; l'equilibrio si stabilisce con pesi numerati superiori a 100 grammi nel piattello del bicchiere; tolto questo, al suo posto si mettono pesi numerati fino a ristabilire l'equilibrio: questi pesi danno il peso del vetro.
- Si ricolloca il bicchiere nel piattello e si tolgono i pesi aggiunti, quindi si versa nel bicchiere acqua distillata, 100 cm³ circa; si tolgono pesi numerati dal piattello, precisamente 100 grammi: se l'equilibrio è ottenuto non c'è altro da fare, nel caso contrario si aggiunge o si toglie acqua dal bicchiere, dosandola a gocce, fino ad avere l'equilibrio voluto.
Si versa l'acqua nel calorimetro; se il bicchiere fu pulito bene, aderente al vetro resta ben poca acqua, che potrà essere compensata con una goccia in più.
Nel versare l'acqua, per evitare che alcune gocce schizzino via e rimangano aderenti in alto alle pareti del recipiente, si faccia scorrere l'acqua lungo l'agitatore accostato al beccuccio del bicchiere e toccante il fondo; si scoli bene il bicchiere. L'acqua venga un po' agitata lentamente e dopo 5 o 6 minuti si legga la temperatura, controllando successivamente ogni tanto se resta costante: comunque la temperatura t da assumere è quella sulla quale il termometro si è stabilizzato.
Si toglie il corpo dalla bottiglia di Dewar, leggendo esattamente la temperatura: sia questa T; tenendolo sempre per il filo lo si faccia sostare un poco fuori dall'acqua della bottiglia, ma sempre dentro di essa, in modo che perda il più possibile dell'acqua che lo bagna, quindi rapidamente si porta il corpo nel calorimetro e con le forbici si taglia il filo che lo lega: il corpo cade nell'acqua del vaso calorimetrico e, se non era troppo fuori di essa, non provoca schizzi.
Si agita lentamente l'acqua in ogni senso e nello stesso tempo si osserva il termometro, il quale segna temperature che lentamente crescono.
Occorre un po' di tempo perché la temperatura raggiunga un massimo, dopo il quale essa comincia a scendere molto lentamente a causa dell'assorbimento di calore dovuto al recipiente e all'agitatore e all'irraggiamento inevitabile, anche se ridotto al minimo dalla parete speculare del vaso.
Per una esperienza scolastica e pel fatto che l'innalzamento di temperatura su quella ambiente è piccolo, possiamo assumere come valore più sicuro la temperatura indicata al momento in cui essa comincia a scendere, sia essa t'.
Detto x il calore specifico del corpo in esame, si ha:
Px (T - t') - (t' - t) (100 + e),
equazione nella quale P è il peso del corpo ed e l'equivalente in acqua del colorimetro; da tale equazione si ricava x.
Vi è l'errore dovuto al fatto che il corpo nel vaso di Dewar è a contatto dell'acqua, la quale bagna il corpo stesso, ed estratto questo dal vaso, evaporando produce una perdita di calore del corpo, non solo ma una parte d'acqua va col corpo nel calorimetro; per eliminare in parte l'errore conviene mettere il corpo in una grossa provetta che passi pel collo del vaso di Dewar, insieme col termometro, quindi immergere la provetta, chiusa con un batuffolo di ovatta, nel termostato contenente l'acqua tiepida ed aspettare di poi che il termometro abbia raggiunto la stabilità. Questo accorgimento è raccomandabile venga sempre seguito.
La determinazione dell'equivalente in acqua del calorimetro si fa con procedimento analogo a quello dianzi descritto, adoperando invece del corpo di peso P, un peso P di acqua, per esempio 50 grammi esatti, pesati come sopra detto e riscaldati ad una temperatura superiore di 10 ÷ 15 gradi a quella dell'acqua (100 g) già contenuta nel vaso calorimetrico.
Si deve aver cura che tutta l'acqua tiepido cada nel calorimetro senza schizzare via e che la sua temperatura sia misurata appena prima di versarla spostando il bulbo del termometro in essa senza toccare le pareti del bicchiere. L'equazione che dà e, nel caso indicato, è:
50 (T (100 + e) (t' - t).
Terminata l'esperienza si abbia cura di asciugare bene con una pezza pulita il vaso calorimetrico. Si ricordi che l'equivalente in acqua, che deve risultare come media di tre o quattro misure, una volta determinato serve sempre per quel calorimetro, nel quale non si cambino né termometro, né agitatore.