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Conoscenza dell'effetto Joule e del funzionamento del calorimetro.

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Errore assoluto calcolato come:|E(el) - E(ter)|

Errore relativo calcolato come: Errore assoluto/ E(ter)

Errore percentuale calcolato come: Errore relativo x 100%

Prima misurazione: Er(ass) = 20; Er(rel) = 0,0057 ; Er % = 0,57 %

Seconda misurazione: Er(ass) = 40 ; Er(rel)= 0,0114 ; Er % = 1,14 %

Terza misurazione: Er(ass) = 50 ; Er(rel) = 0,0143 ; Er % = 1,43 %

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Dopo aver raccolto i dati abbiamo calcolato per le diverse intensità di corrente (3A, 2.5A, 1.5A)

l'energia elettrica E(el)=ΔV I Δt

e quella termica E(ter)= Q = c m ΔT; che risultava la stessa per tutti i casi poiché c ( calore specifico dell'acqua), la ΔT (4 °C) e massa (massa dell'acqua(200g) + massa equivalente(9,5g) in acqua del calorimetro Leybold) erano costanti in tutti i casi

e i rapporti E(el)/E(ter) erano numeri approssimabili a 1, che hanno quindi verificato la legge.

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Abbiamo effettuato 3 misurazioni relative a 3 diverse intensità di corrente.

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Abbiamo cronometrato diversi intervalli di tempo necessari di volta in volta per aumentare la temperatura dell'acqua (200 mL) di 4°C a partire dalla temperatura iniziale.

Per prima cosa abbiamo misurato la temperatura iniziale, dopo aver acceso il generatore impostandolo sul valore scelto, ed averlo in seguito spento per mantenere una situazione di equilibrio che permettesse di misurare la temperatura iniziale senza variazioni.

Abbiamo poi contemporaneamente acceso il generatore e fatto partire il cronometro, (nel frattempo mescolando l'acqua con l'apposito strumento per fare in modo che la temperatura fosse uniforme) fermandolo quando l'acqua aveva raggiunto un aumento di temperatura di 4 °C.

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Generatore di corrente

Voltmetro (sensibilità 0,2 V)

Amperometro

Calorimetro modello Leybold

Termometro (sensibilità 0,2 °C)

Cronometro analogico

Acqua e contenitore graduato (mL)

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Un calorimetro è un dispositivo composto da un contenitore metallico, pieno d'acqua, collegato ad una fonte di calore (nel nostro caso era energia elettrica) e ad un termometro, per leggere le variazioni di temperatura avvenute; l'acqua si scalda per contatto con il contenitore, il cui esterno è isolato per impedire dispersioni termiche.

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Verificare la conservazione dell'energia fornita al sistema - possiamo considerare l'acqua contenuta nel calorimetro come un sistema isolato - infatti l'energia elettrica ricevuta non viene dispersa ma si trasforma in energia termica (effetto Joule). Per verificarlo calcoliamo il rapporto tra energia elettrica ed energia termica che deve essere un valore pari a 1 per definizione.

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Si tratta di un fenomeno fisico che consiste nell'aumento di temperatura di un corpo conduttore attraversato da corrente elettrica.

Ciò avviene come conseguenza degli urti tra gli elettroni del flusso di corrente e gli ioni del reticolo del corpo, che a causa degli urti acquistano energia cinetica aumentando la loro ampiezza di oscillazione, cioè la loro energia cinetica;

l'aumento di energia cinetica interna di un corpo è la spiegazione microscopica dell'aumento della sua temperatura, pertanto un corpo percorso da corrente subirà un incremento di temperatura.

Per calcolare quanta energia viene prodotta, sotto forma di calore, si utilizza la formula

E= i^2 R t

ma spesso la si utilizza anche scritta come

P= i^2 R

(ottenuta dividendo per t entrambi i membri della precedente),

in cui P è la potenza dissipata, cioè energia scambiata per unità di tempo, per effetto Joule da un conduttore di resistenza R attraversato da una corrente di intensità i.

Dalla precedente relazione si osserva che l’effetto Joule è tanto più intenso quanto più alto è il valore della corrente circolante e della resistenza del conduttore. Infatti esiste una relazione di proporzionalità diretta tra P e i^2, e tra P e R.

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Bonavita, Enikeev, Miller.