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TEMPERATURA E CALORE

RELAZIONE 4

PROBLEMA

Studio della terza variabile prevista dalla nostra ipotesi di lavoro: la sostanza

IPOTESI (costruzione)

Abbiamo provato ad eseguire un esperimento con la sostanza rame a temperatura ambiente e l'acqua  più o meno calda, abbiamo determinato la temperatura finale del miscuglio e ci siamo accorti che le nostre previsioni aritmetiche non funzionavano più.

Qualcuno di noi sostiene che ci deve essere una costante per quella sostanza e che occorre individuarla in quanto se non c’è calore disperso nell’ambiente, grazie ai contenitori e ai i tempi brevi dell'esperimento, la quantità ceduta da una massa deve essere quella assorbita dall’altra nei limiti della precisione sperimentale.

Come si può procedere?

Studenti: il rame si scalda prima e quindi avrà una necessità di calore diversa rispetto all'acqua, perché è un metallo.

Prof.ssa: ma nella nostra formula questo non compare; proviamo a lavorare sulla formula.

 Disegniamo di nuovo i nostri modellini (vedi relazione n.3)

 

 

Come si vede dalle parti in blu, la differenza di temperatura finale e iniziale per massa1 è uguale alla differenza di temperatura iniziale e finale per massa2

Studente: allora si può scrivere una nuova formula:

 differenza1 x massa1 = differenza2 x massa2

 Prof.ssa: sfruttiamo questa formula per eseguire un esperimento. Se i due prodotti non coincidono……

Studenti:

se...

 Calcoliamo i prodotti

 250 . (64 - 24) = 10000

250 . (70 - 64) = 1500

 

Prof.ssa:poiché i due prodotti non sono uguali dipenderà dal rame…

Studente: allora troviamo per quale valore deve essere moltiplicato il 10000 per ottenere 1500, cioè 1500 : 10000 = 0,15

Prof.ssa: se questo valore è costante, nel limite degli errori sperimentali, avremo trovato che il rame ha una costante che riguarda il calore e che per ora chiamiamo costante del rame.

 PROCEDIMENTO

Abbiamo preso una quantità di acqua calda e l’abbiamo immersa in un contenitore di polistirolo con dentro delle sbarrette di rame. Per determinare la temperatura del rame misuravamo la temperatura dell'aria circostante il rame nel contenitore già predisposto.

 

L’esperimento riportato presenta i dati ottenuti con il rame trattato alla fiamma prima di essere utilizzato per l’esperimento.

 

M1(g)	M2 (g)	T1  (°C)	T2  (°C)	Tf  (°C)	|Tf-T1|  (°C)	|Tf-T2|  (°C)	Q1=|Tf-T1|.M1	Q2=|Tf-T2|.M2	Q1/Q2  costante del rame
250	250	70	24	67	3	43	750	10750	0,07
250	250	51	22	49	2	27	500	6750	0,07
200	200	71	23	66	5	43	1000	8600	0,11
250	500	81	24	73	8	49	2000	24500	0,08
250	200	70	23	66	4	43	1000	8600	0,12
150	250	77	24	72	5	48	750	12000	0,06
300	150	72	21	69	3	48	900	7200	0,12

Legenda:

Media delle costanti del rame: 0,09

 

NOTA dell'insegnante

Per Q1 e Q2 e  costante non è stata volutamente inserita l'unità di misura in quanto costituisce il risultato del lavoro. Attraverso discussione verrà poi formalizzato il discorso.

CONCLUSIONI

Allora possiamo affermare che:

 

differenza1 x massa1 x costante della sostanza = differenza2 x massa2 x costante della sostanza.

 

La temperatura finale di una mescolanza dipende da:

 

1. TEMPERATURE INIZIALI DELLE MASSE

2. MASSE DELLE SOSTANZE SCELTE

3. TIPO DI SOSTANZA SCELTA

STORIA DELL'ESPERIMENTO

L’esperimento non è stato lineare e semplice come ve lo presentiamo; ecco alcuni stralci delle difficoltà.

Studente: facciamo il  prodotto dell'acqua/prodotto del rame e troviamo il numero che rappresenta la costante che stiamo cercando.

Ad esempio:

massa rame: 32g

massa acqua: 250 g

T rame: 23°C

T acqua: 81°C

Tfinale: 77°C

Calcolo: 32 x54 =1728    e   250 x 4 =1000

Prof.: i due prodotti non sono uguali. Come mai?

studenti : dipende dal rame calcoliamo 1000 / 1728 e troviamo la costante del rame = 0,57?. Proviamo più volte e se si ripete il valore possiamo dire di aver trovato la costante del rame.

Date le nostre previsioni ci attendevamo un certo risultato più o meno costante   e qualcuno di noi era andato a cercare su testi e cercava di trovare un numero come 0,09 .

Inoltre la prof. ci ricorda che si tratta di un metallo e noi abbiamo visto che i metalli sono dei buoni conduttori, quindi pensiamo che il fabbisogno di calore del rame per ogni grammo sia basso.

Tabella dei dati relativi alla sostanza rame non trattato col calore: esperimento che non ha fornito i dati previsti.

Confrontando i dati sperimentali trovati, che qui riportiamo:

si è rilevato una grande differenza con le previsioni, e soprattutto non erano costanti.

Osservazioni

L’esperimento del rame, non ha subito ottenuto i risultati previsti.

All’inizio non riuscivamo a capire il nostro errore e abbiamo pensato che dipendesse dal rame.

Abbiamo provato con l'alcol denaturato e la costante si trovava!

Ma allora il nostro rame ha qualcosa che non va.

Per verificare le nostre ipotesi abbiamo messo il rame sulla fiamma , perché temevamo che non fosse una sostanza pura.

Abbiamo poi ottenuto i risultati elencati nella prima tabella.

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