L'esperimento

In questo esperimento, analizziamo la temperatura di equilibrio di una miscela di acqua ed alcool al fine di verificare l'esistenza di una legge di proporzionalità tra il prodotto della massa e la variazione di temperatura delle due sostanze.

Questa ipotesi deriva dall'interpretazione della temperatura come energia media delle particelle del sistema, basata sull'equazione di stato dei gas perfetti. Infatti, secondo questa equazione, T=pV/nR ed essendo pV un lavoro può essere interpretato come energia totale del sistema.  Questo ci porta all'interpretazione, ancora tutta da verificare, che la temperatura di un gas perfetto è proporzionale all'energia per mole.

Se diamo per buona questa ipotesi, concludiamo che la temperatura di equilibrio di un miscuglio di sostanze è uguale ad una media pesata delle temperature delle due sostanze. Anche se non conosciamo i pesi da utilizzare in questa media pesata, possiamo affermare che devono essere quantità estensive e quindi proporzionali alle masse.

Abbiamo visto che questo ci porta alla conclusione che il prodotto della massa per la variazione di temperatura di una sostanza è proporzionale al prodotto della massa per la variazione di temperatura dell'altra sostanza. 

Occorrente:

• Alcool etilico 80 g  in un bicchiere

• Ghiaccio fondente 400 g  in un contenitore

• Calorimetro (thermos)

• 2 termometri con aste di supporto

• Piastra elettrica 

• Bilancia di precisione

• 2 aste di supporto

Istruzioni:

• immergi un termometro nel contenitore con il ghiaccio fondente

• poni il calorimetro sulla bilancia e azzera  quest'ultima

• metti il bicchiere con l'alcool sul fornello, accendi la miscelazione e immergi il secondo termometro  nell'alcool, assicurandolo ad un'asta di supporto

• raggiunti i 60°C, travasa circa 80g di alcool nel calorimetro che si trova sulla bilancia

• segna la massa dell'alcool 

• misura la temperatura dell'alcool (si dovrebbe essere abbassata leggermente, a causa della capacità termica del calorimetro e  dell'evaporazione) immergendo un termometro che lascerai sospeso ad un'asta di sostegno

• aggiungi l'acqua ghiacciata poco alla volta, segnando la massa totale dentro il calorimetro

• ogni volta mescola e, dopo aver atteso che il termometro si stabilizzi, segna la temperatura di equilibrio del miscuglio di acqua ed alcool

• valuta le incertezze di misura

• ricava massa dell'acqua, variazione di temperatura dell'alcool, variazione di temperatura dell'acqua, prodotto tra massa e variazione di temperatura per l'alcool, prodotto tra massa e variazione di temperatura per l'acqua.

• calcola le incertezze di misura derivate, tenendo conto che l'incertezza sulla differenza è uguale alla somma delle incertezze e che l'incertezza relativa sul prodotto è uguale alla somma delle incertezze relative.  Le incertezze, siano esse assolute oppure relative, sono sempre positive.

otterrai una tabella del tipo: