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.
Materiale adoperato
•
Funicella
• Calorimetro di
rame ad acqua
• Peso di massa 5 Kg
• Termometro
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.
Fase sperimentale
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 …
Rapporto N° giri/calore(temperatura C°)
Temperatura[°C]/N° giri
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
33
32,5
32
31,5
31
30,5
30
29,5
29
28,5
28
27,5
27
26,5
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=49
N) 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
50
L(lavoro)
100
739.2
150
1108.9
200
1478.5
250
1848.2
300
2217.8
369.6
C= calore spec.(1 caloria)
ΔT
Q
2
100
ΔT= Tf-Ti(temperatura
3.6
180
presente nel grafico)
5
250
5.8
290
possiamo calcolare il calore
6.7
335
Q=massa tot*C*ΔT
8
400
Massa
totale=(Mc(40g)+ma(11g))
≈50
Avendo tali dati
Rapporto Lavoro/Calore
L
Q
369.6
100
739.2
180
1108.9 250
1478.5 290
1848.2 335
2217.8 400
410
380
350
320
290
260
230
200
170
140
110
80
L(lavoro)/Q(calore)
300 600 900 1200 1500 1800 2100 2400
•CONCLUSIONI
• 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.
Fine