Esperienza di laboratorio del 3 febbraio 2009 della classe III D

“Misurazione indiretta del calore specifico di un metallo”

Il nostro intento era quello di ricavare, con strumenti appositi, il calore specifico della sostanza di cui era costituito il corpo di un metallo, la cui natura era a noi sconosciuta.
( Il calore specifico, ovvero la quantità di calore necessaria, per innalzare di 1 K la temperatura di 1 Kg di una determinata sostanza e si misura in J/Kg K  oppure in Cal/g °C.)
Materiale usato:
-	Sostegno per termometro
-	1 Termometro a gambo corto portata 102 ° C, sensibilità 1 ° C
-	Recipiente in vetro pyrex  resistente al calore (Becker)
-	Cilindretto di metallo (sospeso da  un sottile filo di cotone) di massa 99,25g
-	Treppiede con reticella frangi-fiamma
-	Forellino a gas con Becco Bunsen 
-	Acqua del rubinetto
-	Agitatore di legno
-	Calorimetro 
-	 Termometro a gambo lungo per calorimetro portata 102 °C, sensibilità 1 ° C
-	200 g di acqua distillata (misurata col cilindro graduato)  
Per ottenere il risultato sperato ci siamo serviti del calorimetro, composto da un agitatore e da una guarnizione posta nei pressi della sua apertura per limitare la dispersione di calore durante il nostro esperimento. Abbiamo, poi, inserito in esso 200 g di acqua distillata, la cui temperatura era 
 Tacqua= 17 °C  (temperatura ambiente).
L’equivalente in acqua del calorimetro (ovvero la quantità di calore assorbita dal calorimetro, come se fosse acqua) era pari a 23 g .
Abbiamo posto sul treppiede il recipiente contenente acqua del rubinetto, il quale a sua volta conteneva due cilindretti di metallo ( ne abbiamo utilizzato uno solo) e vi abbiamo immerso anche il bulbo del termometro in sospensione. Abbiamo acceso il forellino e riscaldato l’acqua, poi col termometro ne abbiamo misurato la temperatura 68 ° C, agitando spesso, per far sì che in ogni punto vi fosse la stessa temperatura Successivamente, abbiamo preso il cilindretto e lo abbiamo trasferito ,velocemente, nel calorimetro per evitare dispersioni di calore.
Dopo 15 minuti leggiamo sul termometro posto nel calorimetro il valore della temperatura di equilibrio Te = 19,5 ° C
 Indichiamo con Macqua la massa dell’acqua distillata nel calorimetro, con la Tacqua la sua temperatura e con Cacqua il suo calore specifico . Le corrispondenti grandezze per il cilindretto di metallo,  saranno Mmetallo, Tmetallo  e Cxmetallo il calore specifico del cilindretto di metallo, quello che vogliamo trovare. 
Il blocchetto di metallo riscaldato e trasferito nel calorimetro, ha ceduto calore  al corpo più  freddo (l’acqua nel calorimetro e parte dalle pareti del calorimetro) di modo che, dopo essere stati a contatto,  per circa 15 minuti, entrambi  raggiungono la stessa temperatura di equilibrio Te, intermedia tra Tmetallo e Tacqua. 
Il cilindretto diminuisce la propria temperatura e quindi cede all’altro una quantità di calore,   mentre acqua , aumenta la propria temperatura e riceve calore.. 

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       Per conoscere la natura del metallo ci siamo serviti dell’Equazione Fondamentale della Termologia        Alla massa dell’acqua nel calorimetro  si devono aggiungere i  23g  dell’equivalente in acqua del calorimetro per tener conto del calore assorbito dalle pareti del calorimetro.  Ne deriva una equazione nell’incognita  Cx metallo
Calore ceduto dal metallo = calore assorbito dall’acqua + pareti
Cx metallo  * Mmetallo * (Tmetallo – Te) = Cacqua * (Macqua + 23 g (calorimetro))* (Te – T acqua)
Cacqua = 1 cal/g °C ( calore specifico dell’acqua)
	Cx metallo * 99,25g * 48,5°C = 1 cal/g °C * 223 g * 2,5°C
	Cx metallo   * 4813,625 g °C = 1 cal * 557,5 
	Cx metallo   = 1 cal * 557,5 / 4813,625 g °C	 
	Cx metallo   = 0,11 cal / g °C    ( calore specifico del ferro)    ovvero   460 J/Kg °C

Abbiamo così scoperto che il metallo era ferro, in quanto questo valore trovato corrisponde, senza margini di errore, esattamente al ferro nelle tabelle sui calori specifici utilizzate dai manuali di laboratorio. Questo risultato è significativo in quanto dimostra che le nostre misurazioni sono state  accurate e precise.