Per la determinazione sperimentale del calore specifico, del calore latente di fusione e di ebollizione e del calore di reazione ci si avvale di un dispositivo detto calorimetro.
Calorimetro a tazza di caffè
Un tipo di calorimetro è detto a tazza di caffè; esso è costituito da una tazza, in genere di polistirolo parzialmente riempita da un volume noto di acqua. Sulla tazza è presente un coperchio in cui è inserito un termometro che pesca nell'acqua e un agitatore.
Quando avviene una trasformazione nel calorimetro il calore in gioco è assorbito dall'acqua. La variazione di temperatura dell'acqua ci consente di calcolare il calore dalla relazione:
Q = m ∙ c ∙ ΔT
essendo Q la quantità di calore, m la quantità di sostanza, c il suo calore specifico e ΔT la variazione di temperatura tra lo stato finale e lo stato iniziale: ΔT = Tf – Ti
Si ricordi che il calore specifico dell'acqua è 4.1813 J/g °C
Nel caso specifico della determinazione del calore specifico di un metallo, quest'ultimo di massa nota e portato a una certa temperatura è immerso nel calorimetro contenente una quantità nota di acqua ad una certa temperatura riscontrata dal termometro di cui è dotato il calorimetro. Dopo aver immerso il metallo in acqua si rileva un innalzamento di temperatura del sistema acqua + metallo in cui il metallo si è raffreddato e l'acqua si è riscaldata fino al raggiungimento dell'equilibrio termico per il quale si determina la temperatura finale.
Esercizio
Per la determinazione sperimentale del calore specifico di un metallo supponiamo di avere i seguenti dati sperimentali:
| massa della tazza vuota | 2.31 g |
| massa della tazza vuota + acqua | 180.89 g |
| massa della tazza vuota + acqua + metallo | 780.89 g |
| Temperatura iniziale dell'acqua | 17.0 °C |
| Temperatura iniziale del metallo | 52.0 °C |
| Temperatura finale del sistema | 27.0 °C |
L'equazione da usare per ottenere quanto ricercato è:
calore perso dal metallo = calore acquistato dall'acqua
essendo il calore Q = m ∙ c ∙ ΔT
quindi:
massa del metallo ∙ calore specifico del metallo ∙ ΔT = massa dell'acqua ∙ calore specifico dell'acqua x ΔT (*)
dai dati sperimentali ricaviamo i valori necessari da sostituire nell'equazione precedente;
Massa dell'acqua = 180.98 – 2.31 = 178.58 g
Massa del metallo: 780.89 – 180.89 = 600.0 g
Variazione di temperatura dell'acqua = 27.0 – 17.0 = 10.0 °
Variazione di temperatura del metallo = 52.0 – 27.0 = 25.0 °C
Sostituiamo tali valori nell'equazione (*) e otteniamo:
(600.0 g) ∙ ( 25.0 °C) ( calore specifico = (178.58g ) ( 10.0 °C) ( 4.184 J/g°C)
Da cui risolvendo, si ha che il calore specifico del metallo è di 0.498 J/g °C
