Calorimetria: mescolare caldo e freddo
1 · Prevedi
Un blocco caldo di alluminio è immerso in acqua più fredda. Se usi un blocco più grande (più massa) alla stessa temperatura di partenza, la temperatura finale d'equilibrio sale o scende?
- Un blocco caldo più grande alza l'equilibrio finale.
- Un blocco caldo più grande abbassa l'equilibrio finale.
- La temperatura finale non dipende dalla massa del blocco.
2 · Configurazione
- Apri il preset miscela e premi Reimposta. 1 kg d'acqua a 290 K (corpo 1) si mescolerà con un blocco di alluminio a 400 K (corpo 2).
- Attiva la lettura della temperatura d'equilibrio.
- Imposta la massa del blocco per ogni prova e registra l'equilibrio.
3 · Raccogli dati
| Massa alluminio m₂ (kg) | Temperatura d'equilibrio T_eq (K) |
|---|---|
| 0.30 | |
| 0.50 | |
| 0.80 |
Traccia T_eq (asse y) contro m₂ (asse x) per le tre prove.
4 · Analizza
- Per una prova, calcola T_eq = (m₁c₁T₁ + m₂c₂T₂) / (m₁c₁ + m₂c₂) usando acqua m₁ = 1 kg; c₁ = 4186 J/(kg·K); T₁ = 290 K e alluminio c₂ = 900 J/(kg·K); T₂ = 400 K. Confronta con la tabella.
- Spiega perché aumentare la massa del blocco caldo tira l'equilibrio verso l'alto, benché il suo calore specifico (900 J/(kg·K)) sia molto inferiore a quello dell'acqua (4186 J/(kg·K)).
5 · Estendi
- L'acqua ha un calore specifico insolitamente alto rispetto alla maggior parte dei materiali. Spiega perché i climi costieri hanno escursioni termiche più miti delle zone interne, con la stessa idea di bilancio energetico di questo esperimento.
- Il calore perso dal blocco di alluminio dovrebbe eguagliare esattamente il calore guadagnato dall'acqua (conservazione dell'energia, assumendo nessuna dispersione all'ambiente). Per una prova, verificalo usando Q = mcΔT per ciascun corpo.
La fisica dietro questo esperimento
Temperatura d'equilibrio calorimetrico
Quando due corpi scambiano calore senza perdite verso l'ambiente, si fermano su una temperatura media ponderata — per capacità termica m·c di ciascun corpo, non solo per massa.