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fisica:esperienze:calorimetroconarduino

LAB2GO Scienza

Calorimetria con Arduino

Descrizione

È possibile utilizzare Arduino insieme a un sensore di temperatura per lo svolgimento di alcune esperienze di calorimetria quali il raggiungimento di una temperatura d'equilibrio, la stima del calore specifico infine del calore latente di un mezzo

Per prima cosa prendiamo un calorimetro e lo riempiamo per tre quarti con acqua già riscaldata in precedenza a temperatura di ebollizione. Se il calorimetro non presenta un coperchio adatto è possibile crearne uno con un materiale isolante avente due cavità: una per l'entrata della provetta con dentro paraffina solida e la sonda digitale (DS18B20) di Arduino , l'altra cavita' per una seconda sonda. Le sonde servono per monitorare la temperatura dei due materiali.

Lo scopo dell'esperimento è di individuare la temperatura per cui la cera passa dallo stato solido a quello liquido, e come anche la temperatura dell'acqua subirà una variazione raffreddandosi. Le due sonde di Arduino ci permettono di controllare simultaneamente entrambe le temperature ed individuarne la variazione.

Strumenti

Strumento
Arduino
Breadboard
Calorimetro
Provette

Procedura Sperimentale

Utilizzando l'interfaccia del computer si carica il seguente codice su Arduino:

Quindi si usano dei cavi per connettere le sonde al microprocessore e le sonde vengono inserite all'interno del calorimetro. Sulla porta seriale è quindi possibile leggere la variazione di temperatura nel tempo e quando la temperatura su entrambe le porte raggiungerà lo stesso valore allora si sarà raggiunto l'equilibrio termodinamico, caratterizzato da una temperatura di equilibrio $T_e$ Se si utilizzano due liquidi di massa $m_1$ ed $m_2$ dal calore specifico noto, rispettivamente $c_1$ e $c_2$, a temperature rispettivamente $T_1$ e $T_2$, allora è possibile ricavare la temperatura d'equilibrio secondo la relazione: $$T_e=\frac{m_1c_1T_1+m_2c_2T_2}{m_1c_1+m_2+c_2}$$ È possibile verificare che il valore stazionario sia proprio quello predetto.

Se invece si adopera un oggetto dal calore specifico noto che compie una transizione di stato, come la paraffina, si può stimare il calore latente attraverso la seguente relazione: $$\lambda=c_p^{(s)}(T_0-T_2)+c_p^{(l)}(T_0-T_e)+\frac{c_a(m_{eq}+m_1)(T_1-T_e)}{m_2}$$ dove :

  • $c_p$ indica il calore specifico della paraffina e l'apice lo stato (solido o liquido);
  • $m_2$ la massa della paraffina;
  • $m_1$ ed $m_e$ rispettivamente la massa d'acqua e l'equivalente in acqua del calorimetro;
  • $T_1$ e $T_2$ la temperatura di partenza rispettivamente dell'acqua e della paraffina
  • $T_0$ la temperatura di transizione di stato della paraffina.

Sitografia

Link Descrizione
INFN Esempio presa dati
Roma1-INFN Slides illustrative presa dati
Youtube Esempio caricamento codice su Arduino
fisica/esperienze/calorimetroconarduino.txt · Ultima modifica: 2020/08/23 16:43 da carlo.giorgetti