Calorimetro Leybold

Scheda integrata e rielaborata dal dott. Fabio Panfili.

Calorimetro Leybold, Immagine di Lab2Go

Numero di Inventario	-
Nome dello strumento	Calorimetro Leybold

Dati scientifici

Epoca	1960/1967
Costruttore	E. Leybold's Nachfolger AG
Dimensioni (in cm.)	12x12x21
Materiali (legno, metallo, vetro, plastica, gomma, ecc.)	legno, metallo, plexiglas, feltro, metalli vari.
Descrizione	Il calorimetro delle mescolanze di Regnault, nella versione costruita dalla Leybold, è costituito da un contenitore cilindrico di legno, ricoperto internamente in feltro, che contiene un vaso (Dewar) in vetro a specchio. Il vaso è con le pareti doppie, argentate internamente, nella cui intercapedine è fatto un buon vuoto. Sopra il vaso è collocato un disco di materiale plastico trasparente che si può fissare al cilindro di legno per mezzo di due molle con ganci. Vi sono due tipi di dischi. Uno ha quattro fori con le boccole da 4 mm di diametro che sono collegate a due resistenze a spirale da 1 ohm ciascuna, resistenze che si possono collegare in serie o in parallelo o usare singolarmente. Le resistenze vanno alimentate con generatore di tensione da 1,5 a 6 V, per correnti fino a 3 A. Al centro del disco vi è un foro con un tappo di gomma forato che permette l'inserzione di un termometro; da una parte c'è un altro foro nel quale è inserito un alberino che termina con un agitatore. Un altro tipo di disco non ha le boccole con le resistenze, ma per il resto è identico. Il primo disco serve per determinare il rapporto tra il joule e la kcal. Il secondo per misurare il calore specifico di sostanze non solubili in acqua.
Funzionamento	Prima di eseguire i due tipi di esperimenti, bisogna misurare la massa equivalente in acqua del calorimetro. Questo perché, pur essendo abbastanza isolato termicamente, una certa quantità di calore è assorbita dalle pareti, dall'agitatore, dal termometro e una parte del calore viene perduta per l'evaporazione che scalda il disco. La massa equivalente m_e in acqua del calorimetro, è una massa fittizia d’acqua con la quale si tiene conto della quantità di calore non trasferita al liquido calorimetrico ma agli altri elementi del calorimetro. Una massa d’acqua pari ad essa ha la stessa capacità termica del calorimetro vuoto, cioè assorbe la stessa quantità di calore durante lo scambio termico. Per misurarla si sceglie il secondo disco descritto sopra. La procedura più semplice per questa misura è la seguente: si mette nel calorimetro una quantità di acqua m₁, si attende fino a che si raggiunga un equilibrio termico a temperatura T₁ misurata col termometro. Nel frattempo si scalda una quantità di acqua m₂ fino alla temperatura T₂ e la si versa rapidamente nel calorimetro che viene chiuso. Infine si misura la temperatura di equilibrio T_e, raggiunta dal tutto. E' importante agitare l'acqua durante tutto il processo. Il calore ceduto dall'acqua calda è: $Q_1$ = c $m_2$ ($T_e$-$T_1$). Quello assorbito dall'acqua fredda è: $Q_2$ = c $m_2$ ($T_e$-$T_2$). Quello assorbito dal calorimetro (usando il concetto di $m_e$) è: $Q_e$ = c$m_e$ ($T_e$-$T_1$). Nelle formule c'è lo stesso calore specifico c dell'acqua che si considera per semplicità costante e per definizione è 1 kcal/(kg °C). Per la conservazione dell'energia scriviamo: $Q_1$+ $Q_2$+$Q_e$ =0; da cui si ricava: $$m_e =m_2\frac{T_2 - T_e}{T_e - T_1} - m_1$$Il valore di $ m_e$ va conservato per gli esperimenti da eseguire. Ne descriviamo due per i quali occorre, oltre a poter riscaldare dell'acqua, misurare la massa di un piccolo oggetto. Il primo è la misura del calore specifico di una sostanza non solubile in acqua e somiglia molto al precedente. Infatti si versa una quantità di acqua $m_1$ nel calorimetro e si attende che la temperatura giunga all'equilibrio $T_1$, nel frattempo si scalda in un bagno d'acqua l'oggetto di massa $m_2$ di cui si vuole misurare il calore specifico $c_2$ fino a portarlo ad una temperatura $T_2$ di 100 °C, misurata col termometro immerso nell'acqua. Bisogna essere ben sicuri che l'oggetto immerso abbia raggiunto anche al suo interno questa temperatura. Poi lo si preleva con una pinza e lo si mette rapidamente nel calorimetro. Una volta raggiunta la temperatura di equilibrio $T_e$, si passa alla misura indiretta che si ottiene mediante la formula:$$c_2=\frac{(m_1+m_e)c_a(T_e-T_1)}{m_2(T_2-T_e)}$$. Dove $m_e$ è la massa equivalente in acqua del calorimetro. Si ricorda che il calore specifico dell'acqua è $c_a$= 1 kcal/(kg °C).Il secondo esperimento è la misura del fattore di conversione Joule/ kcal. Per eseguire questo esperimento bisogna disporre anche di un voltmetro, un amperometro, un cronometro e un generatore di tensione (vedi nella descrizione). Si mette una quantità di acqua $m_a$ nel calorimetro a temperatura ambiente $T_i$; si alimentano le due resistenze poste ad esempio in serie e contemporaneamente si fa partire il cronometro, badando che la tensione e la corrente restino costanti. Dopo un certo tempo t si spegne l'alimentatore e si legge subito la temperatura $T_e$. L'energia elettrica che viene dissipata dalle due resistenze nel calorimetro è:$$E = V\cdot I\cdot t$$La quantità di calore fornita all'acqua al calorimetro è:$$Q= (m_a + m_e)c_a (T_i- T_e)$$Per concludere E/Q= 4186 J/kcal.
Bibliografia	-
Eventuale iscrizione	-
Inventore del calorimetro delle mescolanze	Henri-Victor Regnault (1810-1878)

Dati storici

Data di entrata	-
Inventario	-
Vecchi numeri di inventario	549,0519,38648
Donato - comperato - provenienza	-

Dati relativi al restauro

Stato di conservazione	buono
Descrizione interventi effettuati	-
Nome restauratore	-
Osservazioni - Utilizzazione per la didattica	-

Dati relativi alla conservazione

Armadio	5
Ripiano	C
Scheda tecnica del produttore	no
Collocazione	Corridoio del primo piano del Liceo Classico Giulio Cesare

Sitografia

Link	Descrizione
Leybold 384 16 A, 384 20 - Fisica	E. Leybold's Nachfolger AG