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3B SCIENTIFIC PHYSICS U10365 Manual De Instrucciones página 15

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  • MEXICANO, página 17
serito il sensore di temperatura e viene avvolta la
corda di attrito intorno al cilindro (cfr. paragrafo
3). Dopo alcuni minuti, che dovrebbero permet-
tere una distribuzione omogenea della tempera-
tura, la resistenza del sensore di temperatura è
pari a R
= 8,00 kΩ (corrispondenti a T
1
in base all'equazione 1).
Dopo avere verificato l'azzeramento del contato-
re viene avviato l'esperimento, ruotando la ma-
novella e sollevando in tal modo il peso principa-
le dal pavimento. Ora il contrappeso si abbassa
sul pavimento e in tal modo viene leggermente
tolto tensionamento alla corda di attrito e viene
prodotto meno attrito sul cilindro. Il peso princi-
pale mantiene ora la sua altezza, che dovrebbe
rimanere la stessa durante tutto l'esperimento.
Dopo n = 460 giri l'esperimento viene terminato
e viene letto il valore della resistenza: R
kΩ (T
= 30,26 °C). Poiché la temperatura aumenta
2
ancora per poco, subito dopo la fine dell'esperi-
mento (omogeneizzazione della distribuzione
della temperatura), viene annotato come valore
misurato il valore minimo della resistenza, che
viene raggiunto pochi secondi dopo la fine del-
l'esperimento. Dopo di che la resistenza torna ad
aumentare, poiché in seguito allo scambio di ca-
lore con l'ambiente scende la temperatura del
cilindro.
4.1.2 Analisi dell'esperimento
Il lavoro W è definito come il prodotto della forza
F e del percorso s
W = Fs
In caso di attrito agisce la forza
F = m
g
A
(g è l'accelerazione terrestre) lungo il percorso
s = F nπ D
r
Inserendo le equazioni 3 e 4 nella 2 si ottiene:
W = m
gnπ D
= 5,22 x 9,81
A
R
x 460 x 3,1416 x 0,04575 Nm = 3386 Nm (5)
Il calore immagazzinato nel cilindro di attrito ∆Q
si ottiene dalla differenza di temperatura (T
e della capacità termica specifica indicata nel
paragrafo 2:
∆Q = c
m
(T
– T
) = 0,86 x 0,249
A
A
2
1
x (30,26 – 14,60) kJ = 3353 J
Correlazione tra resistenza e temperatura nel sensore di temperatura
/ kΩ Ω Ω Ω Ω
R R R R R / k
/ k
/ k
T T T T T / / / / / °C C C C C
R R R R R / k
/ k
7,86
14,97
6,78
7,84
15,03
6,76
7,82
15,08
6,74
7,80
15,14
6,72
7,78
15,19
6,70
7,76
15,25
6,68
7,74
15,31
6,66
7,72
15,36
6,64
7,70
15,42
6,62
7,68
15,47
6,60
= 14,60 °C
1
= 3,99
2
(2)
(3)
(4)
– T
2
(6)
/ kΩ Ω Ω Ω Ω
/ kΩ Ω Ω Ω Ω
/ k
/ k
T T T T T / / / / / °C C C C C
R R R R R / k
/ k
/ k
/ k
/ k
18,19
5,70
18,26
5,68
18,32
5,66
18,39
5,64
18,45
5,62
18,52
5,60
18,58
5,58
18,65
5,56
18,72
5,54
18,78
5,52
In questo esempio la deviazione tra il lavoro mec-
canico e il calore è pari solamente a circa l'1%. A
causa di tolleranze inevitabili presenti nella com-
posizione del materiale (l'alluminio puro è estre-
mamente morbido ed è difficilmente lavorabile
meccanicamente, pertanto utilizzare sempre le-
ghe) la capacità termica specifica può tuttavia
oscillare notevolmente. Deve essere determinata
singolarmente per ogni cilindro di attrito. Ciò può
essere eseguito nel modo più semplice mediante
il riscaldamento elettrico e presupponendo l'equi-
valenza tra valore ed energia elettrica.
4.2 Conversione dell'energia elettrica in calore
4.2.1 Esecuzione dell'esperimento
Dopo il raffreddamento del cilindro di attrito,
quest'ultimo viene avvitato al supporto (stesse
condizioni dell'esperimento relativo all'attrito) e
viene inserito il sensore di temperatura. Dopo al-
cuni minuti, che dovrebbero permettere una di-
stribuzione omogenea della temperatura, la resi-
stenza del sensore di temperatura è pari a
R
= 8,00 kΩ (corrispondenti a T
1
base all'equazione 1).
Ora l'alimentatore precedentemente impostato
(ved. paragrafo 3) viene collegato all'elemento
termico e viene avviato un cronometro. Annotare
tensione e corrente (display sull'alternatore):
U = 11,0 V, Ι = 0,510 A
Dopo t = 600 s l'esperimento viene terminato e
viene letto il valore della resistenza:
R
= 3,98 kΩ (T
2
4.2.2 Analisi dell'esperimento
L'energia elettrica E è il prodotto ottenuto dalla
potenza P e dal tempo t. A sua volta la potenza è
il prodotto derivante da tensione e corrente. Per-
tanto vale:
E U T
=
= 11,0 x 0,512 x 600 = 3379Ws
I
In questo esperimento il calore alimentato è pari a
∆Q = c
)
m
1
A
A
x (30,32-14,60) kJ = 3366 J
Anche in questo caso la corrispondenza tra E e
∆Q è ottima.
/ kΩ Ω Ω Ω Ω
T T T T T / / / / / °C C C C C
R R R R R / k
/ k
/ k
/ k
22,05
4,62
22,13
4,60
22,21
4,58
22,29
4,56
22,37
4,54
22,45
4,52
22,53
4,50
22,61
4,48
22,69
4,46
22,77
4,44
15
= 14,60 °C in
1
= 30,32 °C).
2
(T
– T
) = 0,86 x 0,249
2
1
/ kΩ Ω Ω Ω Ω
T T T T T / / / / / °C C C C C
R R R R R / k
/ k
/ k
/ k
26,84
3,54
26,94
3,52
27,04
3,50
27,14
3,48
27,24
3,46
27,35
3,44
27,45
3,42
27,55
3,40
27,66
3,38
27,76
3,36
(7)
(8)
T T T T T / / / / / °C C C C C
33,10
33,24
33,38
33,51
33,65
33,79
33,93
34,07
34,22
34,36

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