Calorimetria

I calorimetri sono contenitori che isolano il sistema che si desidera studiare dall’ambiente esterno. Lo scopo è misurare le temperature iniziali dei corpi all’interno, e poi la loro temperatura di equilibrio. Infatti, tali differenze di temperature sono dovute agli scambi energetici avvenuti nel calorimetro per trasferimento termico.

Esistono diverse tipologie di calorimetri. La seguente pagina di Wikipedia ne elenca i principali.

Il video seguente ne descrive uno di essi ed è fondamentalmente un thermos. L’autore del video usa tuttavia una terminologia diffusa ma che noi non usiamo. Per cui stai attento alle locuzioni “calore specifico” e “scambi di calore” e traducili rispettivamente come “capacità termica specifica”, ed “energia scambiata tra due corpi a causa di una differenza di temperatura” o “trasferimento termico”.

Un buon sostituto del calorimetro è rappresentato da un bicchiere (o bicchiere doppio) di polistirolo espanso (coffee cup calorimeter). Esso si usa, anche nelle nostre case, per trasportare agevolmente bevande molto calde. In questo video viene mostrato come utilizzarlo durante le misure.

Alcuni calorimetri mantengono la pressione costante durante gli scambi termici (come quelli precedenti), altri mantengono costante il volume. Si tratta di dettagli importanti perchè le capacità termiche specifiche misurate di alcuni sistemi dipendono proprio da ciò che rimane costante.

Il calorimetro a volume costante, detto calorimetro a bomba, è quello usato per misurare gli scambi energetici non solo di sostanze infiammabili, ma anche di proteine, grassi, ecc… che si trovano negli alimenti. infatti, questi apportano energia al nostro organismo e gli consentono di svolgere lavoro. Il video seguente mostra il principio di funzionamento di un calorimetro a bomba.

Equivalente in acqua del calorimetro

Ai fini degli scambi energetici la presenza del calorimetro non può mai essere trascurata. Esso è presente e sottrae parte dell’energia che vorremmo, invece, scambiassero solo i corpi posti al suo interno. Quindi è un problema di equlibrio di tre corpi. Per trattare questo problema occorre conoscere la capacità termica del calorimetro. Quello che si preferisce fare, però, al fine di semplificare i calcoli, è immaginare che il calorimetro si comporti come una data quantità d’acqua. Quest’altro video mostra come trovare appunto l’equivalente in acqua di un dato calorimetro. Pertanto gli scambi di energia ora si riducono soltanto ai corpi dentro il calorimetro e ad una data massa di acqua.

Misure di capacità termiche specifiche

Noto l’equivalente in acqua del calorimetro, è possibile misurare la capacità termica specifica di alcune sostanze. Il video seguente ripropone tale esperimento.

Ecco un altro esperimento, in cui si suppone che l’equivalente in acqua del calorimetro sia trascurabile.