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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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