Come descritto nella lettera Joule utilizza,  per trovare il fattore di conversione, il famoso mulinello a palette. Nell’esperimento che abbiamo effettuato, per mancanza di spazio, abbiamo usato una macchina che esegue un lavoro equivalente ma sostanzialmente diversa.

DESCRIZIONE DELL’ESPERIMENTO EFFETTUATO

Per effettuare questo esperimento ci siamo serviti di un calorimetro di rame costituito da:

1.      Un cilindro cavo di rame dal diametro di 47mm e dal peso di 104.9 gr.

2.      Una treccia di rame parzialmente avvolta sul cilindro di cui al punto 1,tenuta aderente alla superficie del cilindro tramite un peso di 5 kg.

3.      Una massa di acqua pari a 67 ml contenuta nel cilindro di cui al punto 1.

4.      Una manovella avente asse di rotazione sull’asse del cilindro e solidale col medesimo.

5.      Un contagiri relativo ai giri della manovella e quindi del cilindro in rame.

6.      Un cronometro.

7.      Un termometro ad alcool.

Tutto come meglio si evince dalla foto sottostante.

DESCRIZIONE DEL PROCEDIMENTO

L’esperimento può essere diviso in tre fasi fondamentali:

1.      Raggiungimento dell’equilibrio termico dell’acqua contenuta nel cilindro con l’ambiente esterno.

2.      Fase di riscaldamento: il cilindro e la treccia di rame, producendo attrito, riscaldano l’acqua contenuta nel cilindro.

3.      Finita la fase di riscaldamento inizia nuovamente la fase di raggiungimento dell’equilibrio termico dell’acqua con l’ambiente esterno.

FASE 1

Prima di cominciare l’esperienza l’acqua distillata necessaria per l’esperimento e il termometro ad  alcool erano stati messi in frigo. L’acqua è stata messa in frigo per portare la sua temperatura al di sotto di quella dell’ambiente e, così facendo, permettere lo svolgimento della fase 1; il termometro è stato messo in frigo per evitare possibili errori di misura,che, essendo questo molto sensibile sarebbe stato facile commettere.

Abbiamo tolto l’acqua dal frigo e ne abbiamo versato 67ml nel cilindro. Abbiamo chiuso il cilindro e vi abbiamo inserito il termometro appena tolto dal frigo.Abbiamo aspettato che l’acqua raggiungesse l’equilibrio termico con l’ambiente, segnando ogni variazione di temperatura e il tempo.

FASE 2

Una volta raggiunto l’equilibrio termico abbiamo fissato il calorimetro alla manovella, e abbiamo posizionato la treccia di rame, cui era attaccato il peso da 5kg, in modo che fosse aderente e producesse attrito col cilindro. Abbiamo iniziato a far ruotare il calorimetro cercando di mantenere la stessa velocità di rotazione e la stessa tensione della treccia di rame. Prestando la massima attenzione abbiamo registrato ogni aumento di temperatura, segnando la temperatura raggiunta e il tempo. Abbiamo fatto compiere al cilindro 233 giri, notando una variazione di temperatura pari a 5,3°C.

FASE 3

Raggiunta la temperatura di 22°C abbiamo smesso di far ruotare il cilindro e abbiamo aspettato che la temperatura raggiungesse di nuovo l’equilibrio termico con l’ambiente esterno. Anche in questo caso abbiamo segnato tutte le variazioni di temperatura e il tempo al quale erano avvenute.

DATI

Massa dell’acqua nel calorimetro:  67ml-----67  gr

Massa sospesa:   5  kg------5000  gr

Massa cilindro:  104.9 gr

Diametro cilindro:  47mm

Calore specifico del rame:  0.092  Kcal/kg*c°------0.092 cal/gr*C°

Numero iniziale sul contagiri:  93

Numero finale sul contagiri:  326

Numero di giri effettuati:  233

m=massa    g=forza di gravità    n=numero di giri    d=diametro    F=forza    S=spostamento

F= m x g    S= π x n x d

L=Lavoro meccanico= F x S= (mg)x(πnd)=(5x9,81)x(πx0,047x233)=1687,44 J

C=calore specifico    m=massa    Δt=Variazione di temperatura    ΔQ=variazione di calore

ΔQ= C x m x Δt=( C1 x m1 + C2 x m2) x Δt=(0,092 x 104,9 + 1 x 67) x 5,3= 406,24 cal

L/Q=1687,44/406,24 = 4,153706 J/cal

Visto il risultato ottenuto(circa 4,15) e confrontandolo con quello ricavato da Joule (4,186),possiamo affermare che l'esperimento,grazie alla grande attenzione impiegata nell'effetuarlo,sia perfettamente riuscito.