Classe
Alunni:
Silvia Perfetto,
Cosmin Krajela,
Giovanni Di Girolamo,
Federico Di Cintio.
2C CAT
 Misurare il calore specifico di un corpo fisico.
In questo esperimento osserveremo il raggiungimento dell’equilibrio termico tra due corpi
differenti a temperature diverse, tramite contatto in un calorimetro.
 Il calorimetro è uno contenitore leggero ben isolato termicamente per impedire scambio
di calore con l’ambiente esterno.
 Nel calorimetro avviene l’equilibrio termico tra due corpi a contatto, ossia la condizione
in cui due sistemi fisici raggiungono la stessa temperatura, detta temperatura
d’equilibrio; è inoltre necessario tener conto dell’assorbimento di calore da parte del
calorimetro che è uguale alla massa equivalente dell’acqua nello stesso calorimetro e tutto
ciò è racchiuso nella seguente formula:
Te = (m1 + me)∙c1∙T1 + m2∙c2∙T2 / c1∙(m1+me) + (c2 ∙ m2)
dove m1 è la massa dell’acqua ed me l’equivalente in acqua del calorimetro.
 La legge fondamentale della termologia serve a calcolare la quantità di energia che un
corpo di una certa massa assorbe o cede quando la sua temperatura aumenta o
diminuisce. La sua formulazione è
Q = m ∙ c ∙ ΔT
 Il calore specifico è la quantità di energia necessaria per far aumentare di 1K la
temperatura di 1Kg di quella sostanza. La formula del calore specifico si può ricavare dalla
legge fondamentale della termologia:
c = Q / (m ∙ ΔT)
Sperimentalmente è possibile determinare il calore specifico di una sostanza in equilibrio
termico con un'altra, tramite la seguente formula che tiene conto dell’equivalente in
acqua del calorimetro:
C2 = c1∙(m1+me)∙(Te - T1) / m2 ∙ (T2 - Te)
 Termometro digitale (Portata: -40°C / 150°C
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Sensibilità: 0,1°C)
Bilancia elettronica (Portata: 1200g Sensibilità: 0,01g)
Fornellino elettrico
Spruzzetto
Pinzetta
Cilindro graduato (Portata: 250 ml Sensibilità: 2ml)
Becher
Calorimetro con massa equivalente pari a 20,72g
Acqua
Pezzo di metallo
1° fase
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
si versano 200g di acqua nel calorimetro;
si rileva la temperatura;
si mettono a riscaldare sul fornellino altri 200g d’acqua fino a raggiungere la temperatura di 74,4° C;
si versa l’acqua calda nel calorimetro;
si aspetta il raggiungimento della temperatura d’equilibrio tra l’acqua calda e quella tiepida;
2° fase
si versano 200g di acqua a temperatura ambiente nel calorimetro;
si aspetta che la temperatura dell’acqua si stabilizzi;
si mettono altri 200g di acqua insieme ad un corpo di metallo e a una pinza in un beker sul fornellino fino
al raggiungimento dei 64,5°C ;
dopo aver raggiunto tale temperatura, con la pinza si preleva il pezzo di metallo e lo si mette nel
calorimetro procedendo con la rapida chiusura di quest’ultimo;
inseriamo la sonda del termometro digitale nel calorimetro;
si aspetta il raggiungimento della temperatura d’equilibrio tra l’acqua e il corpo di metallo
3° fase
 Elaborazione dei dati e calcolo degli errori;
 Analisi e valutazione dei dati.
;
Massa del pezzo di ferro
Raggiungimento
dei 64,5°C
Acqua, pezzo di ferro e
pinza nel becher sul
fornellino elettrico
Temperatura
di equilibrio
tra l’acqua e il
pezzo di ferro
1° fase
m1 (g)
T1 (°C)
m2 (g)
T2 (°C)
Te (°C)
me (g)
200 ± 2
21,6 ± 0,1
200 ± 2
74,4 ± 0,1
46,7 ± 0,1
20,72 ± 3,56
2° fase
me (g)
m1 (g)
c1 (J/Kg∙K)
T1 (°C)
m2 (g)
c2 (J/Kg∙K)
T2 (°C)
Te (°C)
20,72 ± 3,56
200 ± 2
4186
24,3 ± 0,1
87,27 ± 0,01
467,5 ± 62,5
64,5 ± 0,1
26,0 ± 0,1

1° fase : massa equivalente
me = m·(T1 + T2 – 2Te) / (Te - T1) = 200g∙(21,6 + 74,4 −(2 ∙ 46,7))°C / (46,7 − 21,6)°C = 20,72g

2° fase : calore specifico
c2 = c1∙(m1+me)∙(Te - T1) / m2∙(T2 - Te) = 4186∙(200+20,72)∙(26,0 – 24,3) / 87.27∙(64.5 – 26.0) =
= 467,5 J/Kg∙K

Gli errori

Per calcolare l’errore assoluto della massa equivalente, si stabilisce:
(T1 + T2 – 2Te) = Ta
(Te - T1) = Tb
Quindi:
Ta = T1 + T3 - 2Te =21,6 + 74,4 -(2 ∙ 46,7) = 2,6°C
ΔTa = ΔT1 + ΔT3 + 2(ΔTe) = 0,1 + 0,1+ (2∙0,1)=0,4°C
Tb = Te - T1 = 46,7 − 21,6 = 25,1°C
ΔTb = ΔTe + ΔT1 = 0,1 + 0,1 = 0,2°C
Δme = me ∙[(ΔTa/Ta) + (ΔTb/Tb) + (Δm/m)] =20,72g ∙ [(0,4/2,6) + (0,2/25,1) + (2/200)] = 3,56g
 Per calcolare l’errore assoluto del calore specifico, si stabilisce:
(m1+me) = m’
(Te - T1) = Ta
(T2 - Te) = Tb
Quindi:
m’ = m1+me = 200+20,72 = 220,72g
Δm’ = Δm1 + Δme = 2+ 3,56 = 5,56g
Ta = Te - T1 = 26,0 – 24,3 = 1,7°C
ΔTa = ΔTe + ΔT1 = 0,1 + 0,1 = 0,2°C
Tb = T2 – Te = 64,5 – 26,0 = 38,5°C
ΔTb = ΔT2 + ΔTe = 0,1 + 0,1 = 0,2°C
Δc2 = c2 ∙ [(Δm1/m1) + (ΔTa/Ta) + (Δm2/ m2) + (ΔTb/Tb)] = 467,5∙ [(2/200) + (0,2/1,7)
+ (0,01/87,27) + (0,2/38,5]= 62,5 J/Kg∙K
 L’errore percentuale del calore specifico è il seguente:
(Δc2/ c2)∙100 = (62,5/467,5)∙100 = 13,4%
Dal risultato ottenuto si può concludere che il materiale del corpo con cui
abbiamo eseguito l’esperimento è il ferro: infatti il calore specifico di quest’ultimo
è pari a 450 J/ Kg∙K e il risultato ottenuto è 467,5 J/ Kg∙K è quindi necessario fare
delle considerazioni:
 L’acqua utilizzata non era distillata e ciò ha condizionato in parte il risultato
 Ci sono stati degli scambi di calore con l’esterno dopo aver messo il corpo di ferro nel
calorimetro, nonostante l’attenzione nella rapida chiusura di quest’ultimo
 Sono stati commessi degli errori durante la rilevazione delle misure che hanno causato
un errore di 3,56g per quanto riguarda la massa equivalente e per quanto riguarda invece
il calore specifico della barretta di ferro, è stato calcolato un errore pari a 62,5 J/Kg∙K
 Infine è stato calcolato l’errore percentuale del calore specifico, che risulta essere 13,4%;
generalmente un esperimento può considerarsi riuscito se, dopo aver calcolato l’errore
percentuale sulla grandezza in esame, si ottiene un valore che va dal 10% in sotto. Se si
tiene, però, conto della strumentazione impiegata e di altri fattori precedentemente
citati,può considerarsi buono anche il valore sopra indicato.
 Si ringrazia l’Istituto tecnico Tito Acerbo per aver
fornito il laboratorio di Fisica
 Si ringraziano i Professori: Iannelli Fernando e
Checchia Gianni per l’assistenza fornita durante
l’esperimento.