Determinazione sperimentale del calore specifico

Per la determinazione sperimentale del calore specifico, 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 = T_f – T_i

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 sulla determinazione sperimentale del calore specifico

Per la determinazione sperimentale del calore specifico di un metallo supponiamo di avere i seguenti dati sperimentali:

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