DETERMINAZIONE DEL CALORE SPECIFICO DI UN MATERIALE:

OBBIETTIVO: determinare sperimentalmente il calore specifico di un materiale incognito.

MATERIALI - Calorimetro *

- Termometro

- Solido incognito

- Acqua

- Bilancia

- Fornello

Prima di illustrare l'esperienza di laboratorio è necessario dare una definizione di calore specifico:

Calore specifico è la quantità di calore necessaria per elevare di un 1 °C la temperatura di un grammo di una data sostanza.

* Il calorimetro è un apparato sperimentale che permette di misurare le quantità di calore cedute o assorbite da una sostanza o da un corpo durante un processo fisico o chimico, nonché le proprietà termiche delle sostanze (calore specifico, poteri calorifici,..). Nella sua forma più semplice, è costituito da un recipiente di materiale isolante, riempito con acqua, un agitatore e un termometro

PROCEDIMENTO

Come primo passaggio è necessario riempire il calorimetro con una data quantità d'acqua di cui si è precedentemente misurata la massa (m_H2O) e la temperatura (T₂).

In seguito si pone in un sistema a bagnomaria, sottoposto a calore (fornello), un solido di materiale ignoto su cui verrà eseguita la misurazione del calore specifico e di cui viene calcolata la massa (m₁) e la temperatura (T₁) (dopo essere stato scaldato)

Quando il sistema bagnomaria ha raggiunto la temperatura di ebollizione, si pone il blocchetto di metallo nel calorimetro avendo cura di chiuderlo immediatamente in modo da evitare anche la più piccola dispersione di calore.

A questo punto si agita lentamente l'acqua all'intero del sistema in modo che si raggiunga un equilibrio termico tra i vari elementi. Infatti quando una fonte di calore viene posta nel calorimetro, l'acqua si riscalda e l'aumento di temperatura viene misurato mediante il termometro (T_f), dopo il raggiungimento dell'equilibrio termico del sistema.

Si eseguono i calcoli per determinare il valore sperimentale del materiale e si confrontano in un secondo momento con i valori specifici in modo da valutare l'errore percentuale (Questo è necessario dal momento che il calorimetro partecipa agli scambi di calore tra i corpi che si trovano al suo interno)

Dati

Massa del solido: m₁ = 85g

Temperature del solido: T₁ = 94.5 °C

Massa dell'acqua: m_H2O = 205g

Temperature dell'acqua: T₂ = 16,6 °C

C_x :calore specifico del materiale incognito

Temperatura finale: T_f= 20 °C

Salto di temperatura del solido: dT_x= (T₁ -T_f)= 94.5 °C-20 °C= 74.5 °C

Salto di temperatura dell'acqua: dT_H2O= (T_f- T₂)= 20 °C - 16.6 °C= 3.4 °C

Equivalente in acqua del calorimetro: m_eq=23g (rappresenta la quantità d'acqua che assorbirebbe, nelle

medesime condizioni, la stessa quantità di calore del

calorimetro).

Calcoli

C_x . m₁ . dT_x= Cs_H2O ^. (m_H2O+ m_eq) ^. dT_H2O (C_x = calore specifico)

(m_eq= Q_?)

C_x = Cs_H2O ^. (m_H2O+ m_eq) dT_H2O

= 0.122 cal/g^.°C

m₁ ^. dT_x

Il valore sperimentale trovato deve corrispondere ad un determinato materiale: in questo caso specifico corrisponde al ferro

il cui calore specifico è uguale a C_f=0.118 cal/g °C.

Calcolo dell'errore percentuale:

C_f - C_x

e%=  x 100 = 3.4 %

C_f

Conclusioni:

Tramite questo esperimento abbiamo potuto calcolare il calore specifico di un solido a noi ignoto e da questo siamo riusciti ad ipotizzare il materiale che lo costituiva.

In conclusione abbiamo calcolato l'errore percentuale in modo da valutare la precisione del lavoro svolto.