SABADOTTO MANUEL

CLASSE 2 B ELN

DATA DELLA PROVA: 08/05/2015

EFFETTO JOULE DELLA CORRENTE ELETTRICA

Scopo della prova:

Verificare la formula dell’effetto joule (m * CS * ΔT = ΔV * i * Δt ) con misure voltamperometriche

Materiale utilizzato:

Calorimetro Resistenza elettriche del calorimetro

Amperometro digitale (sens. 1100

port. 10 A d.c.)

Voltmetro digitale (sens. 1100

port. 19.99 V d.c.)

Cronometro (sens. 1100

sec)

Bilancia (sens. 1100

kg port. 2 Kg)

Termometro analogico (sens. 1 ° port. 100°)

Termometro digitale (sens. 110° port. 300°)

Fili del voltmetro e dell’amperometro Fili di collegamento Generatore d.c. (sens. 1V , 0.2 A ; port. 12 V , 2 A) Calcolatrice

Termometro analogico

Calorimetro

Resistenza elettrica del calorimetro

1

Voltmetro analogico

Amperometro digitaleVoltmetro

digitale

Generatore

Schema funzionale:

*il disegno è simile e coerente con la prova svolta, ma non è l’esperienza di laboratorio reale svolta da noi, è stata scaricata da internet.

Descrizione della prova:Nell’esecuzione della prova di laboratorio sull’ “Effetto Joule”, abbiamo montato il materiale sopra elencato come da schema funzionale. Per prima cosa abbiamo collegato l’amperometro dal generatore allo stesso, poi al calorimetro e ritornati al generatore.Fatto questo si è proceduto con l’esecuzione vera e propria della prova, cercando di analizzare nei particolari il comportamento della temperatura dell’acqua in relazione al tempo passato. Per iniziare, abbiamo misurato la TI (22.8°) con il termometro digitale e inserito quello analogico nel calorimetro (abbiamo usato quello analogico perché il foro nel calorimetro era adeguato per l’uso di quest’ultimo). Fatto ciò abbiamo acceso il generatore velocemente abbiamo raggiunto differenza di potenziale e corrente desiderati poi fatto partire il cronometro.Nel frattempo abbiamo calcolato la m sommando alla massa dell’acqua inserita la m EQ. CAL.

m = m EQ. CAL. + mH2O = 12 + 145 = 157 gTerminato l’intervallo di tempo previsto (in modo da esserci un ΔT abbastanza grande), abbiamo letto la

temperatura sul termometro analogico (la TF 40°). Abbiamo quindi subito potuto calcolare il

ΔTSPER. : TF – TI = 40 – 22.8 = 17.2 e trovato il Δt letta nel cronometro.

Una volta calcolato il ΔTSPER e Δt e conoscendo ΔV, m, CS , e i abbiamo calcolato l’EE (EE : ΔV * i * Δt = 6

* 1.8 * 1080 = 11644 J) e QA (QA : m * CS * ΔT = 0.157 * 4186 * 17.2 = 11304 J )

Verificando l’equazione: m * CS * ΔT = ΔV * i * Δt QA = EE 11304 = 11644

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Come ultima fase è stato calcolato l’errore commesso sulla Δt ovvero l’errore relativo %

Er% = (ΔtTEO−Δt SPER.)

ΔtTEO∗100 =

17.7−17.217.7

∗100 = 2.8 %

Questa operazione ci ha permesso di verificare che la prova è stata svolta in modo corretto e con valori simili a quelli reali; facendo notare l’attendibilità del nostro metodo, visto che gli errori relativi % sono circa del 2% / 3%.

Calcoli e formule:

EE = QA = R * i2 * Δt

R * i2 = PE = ΔV * i = ΔV2

R QA = ΔV * i * Δt

QA = m * CS * ΔT m * CS * ΔT = ΔV * i * Δt

m = m EQ. CAL. + mH2O = 12 + 145 = 157 g nel S.I. : 0.157 Kg

CS H2O : Si trova nelle tabelle : 4186 J

Kg∗K

TI : Si trova con il termometro digitale: 22.8°

TF : Si trova con il termometro analogico: 40°

ΔTSPER. : TF – TI = 40 – 22.8 = 17.2

ΔV : Si trova con il voltmetro: 6 V

i : si trova con l’amperometro: 1.80 A

ΔtSPER. : si trova con il cronometro: 18 min. nel S.I. : 1080 s

EE : ΔV * i * Δt = 6 * 1.8 * 1080 = 11644 J

QA : m * CS * ΔT = 0.157 * 4186 * 17.2 = 11304 J

ΔtTEO :ΔV∗I∗Δtm∗CS H 2O

= 6∗1.8∗10800.157∗4186

Er% : (ΔtTEO−Δt SPER.)

ΔtTEO∗100 =

17.7−17.217.7

∗100 = 2.8 %

*Tutti i calcoli sono stati fatti con una calcolatrice scientifica poi approssimati.

Legenda simboli:EE : Energia elettrica

R : resistenza elettrica

ΔV : differenza di potenziale applicata sulla resistenza

i : intensità di corrente

QA : calore assorbito

m : massa totale H2o

m EQ. CAL. : massa equivalente del calorimetro (il produttore del calorimetro indica su di esso la m EQ. CAL.

perché il calorimetro si comporta come se avesse questa quantità di acqua in più all’interno.

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CS H2O : Il calore specifico di una sostanza è definito come la quantità di calore necessaria per

innalzare (o diminuire) la temperatura di una unità di 1 K (o equivalentemente di 1 ºC).

TI : temperatura iniziale dell’acqua

TF : temperatura dell’acqua dopo il Δt stabilito

ΔTSPER. : differenza di temperatura sperimentale

Δt SPER.: intervallo di tempo stabilito misurato con il cronometro

ΔtTEO : intervallo di tempo stabilito calcolato con la formula inversa

Er% : errore relativo percentuale dell’intervallo di tempo tra quello teorico e quello sperimentale

Unità di misura

J: joule u.d.m. dell’Energia elettrica e del calore assorbitoΩ: ohm unita di misura della resistenza elettricaA: ampere u.d.m. della resistenza elettricaV: volt u.d.m. della differenza di potenzialeKg: chilogrammo u.d.m. della massa e della mEQ. CAL.

°: grado celsius u.d.m. della temperature iniziale e finale e del ΔTs: secondo u.d.m. del tempo trascorso teorico e sperimentale

Conclusioni e osservazioni:

In questa prova di laboratorio di fisica mi aspettavo che i risultati dell’esperienza fossero meno precisi e più lontani dai valori teorici con cui abbiamo confrontato i nostri dati sperimentali di quanto in realtà non lo siano stati; questo perché abbiamo usato materiale comune e con poca sensibilità nelle misure.

Inoltre i risultati potevano essere gravemente condizionati da svariati errori commessi da noi operatori, come:

1. Gli errori di parallasse (allineamento occhio-strumento)

2. Gli errori legati alla prontezza dell’operatore nel prendere la misura

3. Errori legati all’arrotondamento dei calcoli visto che usata solo una calcolatrice scientifica

4. La prova è stata svolta in un tempo relativamente breve e con poca calma.

5. Errori legati all’oscillamento dei dati misurati (abbiamo così dovuto prendere il valor medio)

6. Errori legati alla bassa sensibilità degli strumenti (termometro analogico e digitale

La prova è stata condizionata maggiormente da questi errori commessi durante lo svolgimento della stessa in più si deve considerare che il materiale utilizzato non è sempre in perfette condizioni e tutti gli errori ambientali sistematici che si commettono e non si possono evitare senza impedirne il corretto svolgimento della prova.

Analizzando i dati si può notare che la prova è stata svolta con un margine di errore molto basso circa il 2.8%.

Questo è sintomo di un ottimo svolgimento della prova da parte di tutti gli operatori e di un materiale abbastanza adeguato all’esperienza.

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Gli errori commessi anche se minimi possono essere ridotti con una maggiore attenzione dell’operatore nel prendere i dati e le misure impiegando un tempo più ampio in laboratorio e ripetendo più volte la stessa prova in modo da fare delle medie aritmetiche e ridurre al minimo gli errori di misurazione utilizzando anche materiale più consono, meno usurato e con una sensibilità più alta.

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