Equivalente meccanico del calore

Presentazione sul tema: "Equivalente meccanico del calore"— Transcript della presentazione:

1 Equivalente meccanico del calore
Esperienza di Schurholz-Sprenger

2 Energia meccanica e calore
Energia meccanica e calore sono due forme diverse di energia Perché questo concetto fosse riconosciuto ci sono voluti molti anni! 1798: Benjamin Thompson nota l’aumento di temperatura delle schegge prodotte durante l’alesaggio dei cannoni 1799: Sir Humphrey Davy cerca di dimostrare che si possono sciogliere due pezzi di. ghiaccio sfregandoli 1'uno contro l'altro 1840: James Prescott Joule e in grado, dopo aver eseguito una serie di ammirevoli esperimenti, di stabilire una volta per tutte l'equivalenza di lavoro e calore

3 Il Principio di equivalenza
Se un sistema materiale esegue una trasformazione ciclica, durante la quale scambia con l'esterno un lavoro L e una quantità di calore Q (senza scambio di altre forme di energia) esiste un rapporto costante tra i valori di L e Q. Questo rapporto ha un valore universale, indipendente dal particolare sistema materiale considerato e dal tipo di trasformazione. Il Principio di equivalenza costituisce il Primo Principio della Termodinamica per le trasformazioni cicliche: dove J è l'equivalente meccanico della caloria. Se L è misurato in joule e Q in calorie, J viene espresso in J/cal. Il valore di J va determinato sperimentalmente: a questo sono serviti i lavori di Joule e il suo famoso mulinello. Il valore accettato di J è Joule /cal.

4 Il mulinello di Joule

5 Determinazione sperimentale dell’equivalente meccanico della caloria
Esperienza di Schurholz-Sprenger APPARATO SPERIMENTALE Un calorimetro di rame contenente acqua distillata può essere ruotato con una manovella; durante la rotazione esso friziona contro una treccia di rame avvoltagli intorno e tesa da un peso di 5 Kg. Un termometro permette di misurare l’aumento di temperatura del calorimetro.

6 Equivalente in acqua del calorimetro
La frizione del calorimetro contro la treccia di rame determina un aumento di temperatura dell’acqua contenuta nel calorimetro in seguito all’attrito. Tuttavia calore è acquistato non solo dall’acqua ma dal calorimetro stesso; di tale calore va tenuto conto attraverso la capacità termica del calorimetro: Capacità termica calorimetro = massa calorimetro x calore specifico rame Calore specifico rame a 20 °C = 0,092 cal/g°C MISURA LA MASSA DEL CALORIMETRO E CALCOLA LA SUA CAPACITA’ TERMICA

7 Si procede con l’esperienza
Riempire il calorimetro con acqua e misurare la sua nuova massa: la massa di acqua è quindi determinata per differenza (Metodo della tara) Inserire il termometro e chiudere il calorimetro, montare il calorimetro sul supporto; misurare la temperatura iniziale; misurare il diametro d del tamburo con un calibro Avvolgere la treccia di rame per 5 volte e agganciare il peso di 5 Kg a riposo sul pavimento Girare la manovella e osservare il peso che si solleva e poi si mantiene ad una quota costante per effetto dell’attrito: a questo punto si può affermare che il peso è equilibrato dalla forza di attrito P = R Misurare la temperatura finale del calorimetro

8 Lavoro e Calore Si compie sul sistema un lavoro L < 0 e il sistema cede al calorimetro una quantità di calore Q < 0. Il lavoro L per far compiere al tamburo di diametro d un numero n di giri contro la forza di attrito R è dato dal prodotto forza di attrito per spostamento: L = R π d n = P π d n La quantità di calore acquistata dal calorimetro è data da: Ove l’indice a indica acqua e l’indice r indica il rame.

9 La misura Misurati il lavoro e il calore si ha il valore dell’equivalente meccanico della caloria: Dalla relazione scritta si osserva che esiste una relazione lineare tra il numero di giri compiuti dal tamburo e la variazione di temperatura sicché misurando la temperatura a diversi valori di n si dovrebbe ottenere una retta con pendenza J