TEMPERATURA
E CALORE |
RELAZIONE 5 |
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DIALOGO DIDATTICO
Ma che cosa abbiamo capito del calore con tutti questi esperimenti?
Prof.ssa: che cosa è successo all'acqua calda, e all’acqua
fredda?
Studenti: l'acqua calda ha ceduto "calore" e quindi
si è abbassata la sua temperatura, viceversa l’acqua fredda. Si sono scambiate
qualcosa chiamato calore che dipende dalle temperature iniziali e dalle masse.
Prof.ssa: il calore in che cosa si misura?
Studenti: in calorie
Prof.ssa: che cosa sono?
Studente: il caldo che serve per aumentare di 1 grado la
temperatura di un grammo d’acqua.
Prof.ssa: le calorie come si ottengono da grammi e gradi?
Studente: abbiamo visto che esiste il calore specifico.
Prof.ssa: nel nostro esperimento n.4 abbiamo trovato che il rame ha
una costante di 0,09.
Prof.ssa: che cosa significa?
Studente: vuol dire che per scaldare del rame (1g) …
Prof.ssa: di quanti gradi?
… di
un grado occorrono 0,09 unità di calore che chiamiamo calorie.
Prof.ssa:come si legano i grammi, i gradi e le calorie?
Studenti: abbiamo
chiamato Q il calore e abbiamo visto che Q dipende da M e dalla differenza di temperatura
e dal calore specifico.
Prof.ssa: se
scriviamo Q = c . m
. DT Cal = Cal / ( g .°C) . g .
°C
Studenti: semplificando si
ottengono le calorie.
Prof.ssa: quindi per riassumere se ho una massa d'acqua più o meno calda,
so la sua temperatura iniziale, il suo calore specifico, e la metto a contatto con
un'altra massa posso determinare la sua capacità di dare calore...
Studenti: quindi se conosco la massa del ghiaccio, posso misurare
quante calorie servono per sciogliere un grammo...
Prof.ssa: proviamo.
PROBLEMA
Determinare
il calore di fusione del ghiaccio.
MATERIALE
acqua,
ghiaccio, vaschetta di polistirolo, termometri, cilindro graduato, piccolo sacchetto di
nylon (per contenere il ghiaccio), bilancia, sensore termico online, beaker.
IPOTESI
Noi
stiamo cercando di catturare un concetto, che è quello di calore, e pensiamo che
studiando cosa succede quando una massa di materia nota lo cede ad un’altra che passa di stato possiamo capire meglio
cos’è il calore e che cosa fa.
Prof.ssa: siamo in grado di prevedere ciò che accade?
Studente: il
ghiaccio si scioglie e...
Studente:
l’acqua si raffredda...
Prof.ssa: il ghiaccio rimane a zero gradi fino alla fine...
quindi...
Studente: ...della
fusione.
Prof.ssa: posso determinare quanto calore serve al ghiaccio
per sciogliersi?
Studente: divido Q
per la massa del ghiaccio e trovo le calorie per grammo... di solito troviamo una
temperatura intermedia fra le due temperature delle due sostanze messe a contatto e quella
della più fredda si alza, ma in questo
caso...
Prof.ssa: come avete detto prima si tratta di un cambiamento
di stato...
Studente: allora sembra che il calore sparisca.
PROCEDIMENTO
Per prima
cosa abbiamo pesato una certa quantità di ghiaccio (precisamente 87,7 g), poi abbiamo
misurato 1000 g d'acqua e abbiamo versato quest'ultima in una vaschetta di polistirolo, in
cui era già presente il sacchetto di nylon contenente il ghiaccio e facendo in modo che
questo rimanesse totalmente immerso, in quanto l’acqua riempiva tutto il contenitore
e non rimanevano, una volta messo il coperchio, spazi vuoti. Col sensore abbiamo misurato
la temperatura iniziale all'interno del recipiente includente l'acqua, poi anche quella
del ghiaccio (queste rispettivamente misuravano 18,3 °C e 0 °C). Dopo ciò abbiamo
controllato più volte la temperatura fino a quando si è sciolto tutto il ghiaccio.
OSSERVAZIONI
Sostanze |
Temperatura iniziale (°C) |
Temperatura finale (°C) |
Tf-Ti (°C) |
Massa (g) |
Q (cal) |
Calcoli |
Calore di fusione (cal/g) |
Acqua |
18,3 |
11,3 |
7,0 |
1000 |
7000 |
7000/87,7 |
|
Ghiaccio |
0 |
0 |
0 |
87,7 |
0 |
|
79,9 |
Abbiamo
ripetuto l’esperimento e i dati si ripetono nel limite degli errori
sperimentali. Abbiamo condotto l’esperimento on-line con la sonda termica e abbiamo
il grafico del fenomeno.
CONCLUSIONI
Per sciogliere un grammo di ghiaccio occorrono
80 cal/g.
Per tutta la durata dell’esperimento il ghiaccio è rimasto a zero gradi.
L'esperimento del calore di fusione ci mostra come l'acqua cede una quantità di calore che sembra sparire, ma viene usata per cambiare lo stato di aggregazione della materia, cioè compie un lavoro sulle sue parti e questo suggerisce l'idea di calore come qualcosa di riconducibile all'agitazione di particelle della materia.