Grazie agli esperimenti in laboratorio è possibile studiare gli effetti del calore sulla materia.
Appunti
Vediamo alcuni esperimenti che possiamo provare in laboratorio per comprendere meglio i concetti di calore specifico, buoni o cattivi conduttori di calore e dilatazione termica dei corpi solidi.
Prerequisiti per fare esperimenti su calore e temperatura
Leggere e interpretare grafici
Rappresentare i dati
Calore e temperatura
Per eseguire questo esperimento dobbiamo procurarci:
due fornelli uguali, due becher uguali, acqua e due termometri.
Riempiamo un becher con mezzo litro di acqua e poniamolo su un fornello;
Riempiamo il secondo becher con un litro di acqua e poniamolo sul secondo fornello.
Inseriamo i termometri nei becher.
Accendiamo i fornelli per cinque minuti misurando la temperatura dell’acqua ogni minuto e registrando i valori in una tabella.
Scopriremo che la variazione di temperatura dell’acqua è maggiore nel recipiente contenente meno acqua (ovvero nel becher con mezzo litro di acqua).
L’assorbimento di calore causa l’aumento di temperatura di un corpo.
Questo aumento di temperatura dipende dal calore fornito e dalla massa del corpo.
Buoni e cattivi conduttori di calore
Per eseguire questo esperimento dobbiamo procurarci:
una bacinella, un bastoncino di legno, cera di candela , un filo di rame, una graffetta, una cannuccia, uno stuzzicadenti e un chiodo di ferro.
La lunghezza e lo spessore degli oggetti devono essere simili.
Fissiamo gli oggetti (un filo di rame, una graffetta, un pezzetto di cannuccia, stuzzicadenti di spiedini e un chiodo di ferro) al bastoncino di legno utilizzando della cera scaldata.
Sistemiamo il bastoncino sulla bacinella e versiamo al suo interno dell’acqua bollente facendo attenzione a non scottarci o chiedendo l’aiuto di un adulto.
Lasciamo che gli oggetti restino parzialmente immersi nell’acqua per pochi minuti.
Il filo di rame cadrà per primo seguito dalla graffetta. Il pezzetto di cannuccia e lo stuzzicadenti invece essendo di plastica e legno (materiali isolanti) restano attaccati al bastoncino.
Questo accade perché il filo di rame ha trasmesso calore alla cera che scaldandosi lo lascia cadere.
La dilatazione termica nei solidi
Per eseguire questo esperimento dobbiamo procurarci:
una moneta, un cerchietto di metallo di diametro appena maggiore di quello della moneta, una candela, alcuni fiammiferi, una pinza di legno.
Per prima cosa verifichiamo che la moneta passi attraverso il cerchio di metallo procurato.
Afferriamo la moneta con la pinza di legno.
Accendiamo la candela con un fiammifero e scaldiamo la moneta facendo attenzione a non scottarci le dita.
Dopo qualche minuto proviamo a far passare nuovamente la moneta attraverso il cerchio di metallo.
Ci accorgeremo che la moneta si è dilatata e quindi il suo diametro è aumentato tanto da non riuscire più a farla passare attraverso il cerchio.
Questo accade perché i materiali solidi e di metallo esposti al calore si dilatano.
Il calore specifico
Per eseguire questo esperimento dobbiamo procurarci:
una caraffa in vetro, un pentolino in ferro, dell’acqua a 20° C (a temperatura ambiente) , una bilancia da cucina, un termometro in vetro, un termometro da esterno, dei bulloni in ferro e una cannuccia.
Pesiamo 300 g di acqua sulla bilancia e immergiamo il termometro da esterno per verificarne la temperatura.
Scaldiamo 100 g di acqua nel pentolino fino a portarla ad ebollizione e travasiamola nell’ acqua a temperatura ambiente.
Ovviamente la temperatura dell’acqua aumenterà ad esempio fino a 37,5 °C.
Ora ripetiamo l’esperimento inserendo 100 g di bulloni (che abbiamo fatto bollire in acqua) nei 300 g di acqua a temperatura ambiente.
Anche in questo caso la temperatura salirà, ma si raggiungerà una temperatura minore rispetto a prima.
Questo accade in quanto i bulloni di ferro trasmettono meno calore rispetto all’acqua che ha calore specifico maggiore del ferro.