Calorimetro delle mescolanze

Calorimetro, Immagine di Lab2Go

Calorimetro, foto di Vincenzo Panetta

Calorimetro

Numero di Inventario	-
Nome dello strumento	Calorimetro a vaso

Dati scientifici

Epoca	-
Costruttore	-
Dimensioni (in mm.)	410 mm (altezza), 200 mm (larghezza)
Materiali (legno, metallo, vetro, plastica, gomma, ecc.)	Legno, metalli vari, vetro
Descrizione	Questo calorimetro delle mescolanze (o di Regnault) sembra costruito artigianalmente. Su una base di legno sono posti due cilindri di metallo concentrici tra i quali c'è aria, e un sostegno che regge un termometro. Sopra i cilindri vi è un coperchio di legno con due fori: uno per il termometro, l'altro per l'agitatore. Ciò che lascia subito perplesso l'osservatore è l'assenza di un materiale termicamente isolante nell'intercapedine tra i due cilindri, poiché, per un buon funzionamento, l'interno del calorimetro deve perdere una trascurabile energia termica durante la misura. Ed è noto che nell'aria si creano moti convettivi che trasmettono il calore verso l'esterno; a meno di non ricorrerre ad anelli isolanti, posti tra i due cilindri) che limitano i moti convettivi. Lo stesso si può dire dei fori sul coperchio che favoriscono l'evaporazione dell'acqua, perché non muniti di appositi tappi di gomma forati sia tra il termometro e il coperchio sia tra il mescolatore e il coperchio. Il cilindro interno è verniciato all’esterno con uno smalto color argento è ha dei piedini in gomma (anche loro verniciati con lo stesso smalto). Si può dunque pensare che vi sia stato un tentativo di isolare il contenitore interno dall'esterno.

Funzionamento

Prima di eseguire la misura del calore specifico, bisogna misurare la massa equivalente in acqua del calorimetro. Questo perché, sempre se esso è 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. 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 l'esperimento da eseguire. Per eseguire le misure occorre, oltre a poter riscaldare dell'acqua, misurare la massa del piccolo oggetto da esaminare. La misura del calore specifico di una sostanza non solubile in acqua 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).

Dati storici

Data di entrata	-
Inventario	Vecchio inventario di fisica (1352, 13219)
Vecchi numeri di inventario	1352, 13219
Donato - comperato - provenienza	Comperato

Dati relativi al restauro

Stato di conservazione	Buono, nei limiti delle osservazioni nella descrizione
Descrizione interventi effettuati	-
Nome restauratore	-
Osservazioni - Utilizzazione per la didattica	Misura del calore specifico

Dati relativi alla conservazione

Armadio	5
Ripiano	D
Scheda tecnica del produttore	No
Collocazione	Corridoio presidenza, primo piano

Nota	Si ringrazia il Sig. Vincenzo Panetta del Liceo P. Albertelli per la preziosa consulenza e per le foto.

Link	Descrizione
Calorimetro	Descrizione calorimetro