Schede di laboratorio
La dilatazione termica
Presentazione dell’esperienza
Sperimentare la dilatazione termica nei solidi, nei liquidi e nei gas, studiando le relazioni tra temperatura e dilatazione nei diversi materiali ed esaminando problemi e applicazioni di questi fenomeni.
Materiale necessario
Dilatometro
Bacchette di alluminio, ferro e ottone
Alcool
Calibro
Accendino
Cronometro
Bottiglia di plastica da 1,5 L
2 termometri con diversi fondi scala
Calorifero o fornello a gas
Procedimento
1. Dilatazione dei solidi
Si inserisce una delle tre bacchette metalliche nel dilatometro, si riscalda la bacchetta mediante la combustione dell’alcool, controllando mediante un cronometro l’allungamento subito dalla bacchetta ogni 15 s fino a 1-2 minuti.
Si ripete la stessa operazione per le altre due bacchette.
Si stabilisce mediante il calibro la corrispondenza tra la scala del dilatometro e la dilatazione lineare in millimetri.
2. Dilatazione dei liquidi
Si osserva la dilatazione termica del mercurio contenuto in due termometri con fondi scala differenti, tenendo i bulbi tra le dita.
Per ognuno dei due termometri si determina la portata e la sensibilità.
Mediante il calibro, si determina, a quale dilatazione lineare corrisponde la variazione di 10°C in ognuno dei due termometri.
3. Dilatazione dei gas
Si riscalda la bottiglia di plastica appoggiandola (senza tappo) su un calorifero. In assenza del calorifero si può utilizzare un fornello a gas, ponendo la bottiglia a qualche decina di cm sopra la fiamma.
Si determina la temperatura raggiunta dalla bottiglia disponendo un termometro nella sua imboccatura.
Si tappa la bottiglia e la si raffredda ponendola sotto il getto dell’acqua di lavandino (di cui viene poi misurata la temperatura).
Si determina il volume finale della bottiglia dopo il raffreddamento mediante immersione in un recipiente più grande..
Si asciuga l’esterno della bottiglia e la si ripone (sempre tappata) sulla fonte di calore, per osservare il suo ritorno al volume normale.
Relazione guidata
Che cos’è la dilatazione termica? Da che cosa è causata? Con quali differenze si manifesta nei liquidi, solidi e gas?
Come hai determinato la corrispondenza tra la scala del dilatometro e i millimetri?
Riporta in una tabella i dati relativi alla dilatazione delle tre bacchette metalliche.
Riporta in uno stesso grafico la dipendenza della dilatazione dal tempo per le tre bacchette utilizzate.
Che cosa noti, nell’andamento dei tre grafici? L’andamento è regolare in tutti i casi? Quale metallo si è dilatato più velocemente?
Secondo te, per quale motivo si sono dilatati in modo diverso i tre materiali utilizzati?
Di quanto si allunga la colonnina di mercurio nei due termometri utilizzati, per una variazione di temperatura di 10°C? Secondo te, come è stata ottenuta questa differenza di sensibilità nei due strumenti?
I liquidi si dilatano di più dei solidi, a parità di variazione della temperatura? Per quale motivo?
Mediante le leggi dei gas, calcola il valore previsto per il volume della bottiglia dopo il raffreddamento, sulla base della variazione di temperatura che ha subito. Il volume misurato nell’esperimento è uguale a quello previsto? Secondo te, per quale motivo?
I gas si dilatano di più dei liquidi e dei solidi, a parità di variazione della temperatura? Per quale motivo?
Qualcosa non ha funzionato come previsto, in questo esperimento? Per quale motivo?
Muteresti qualcosa, nell’esecuzione di questo esperimento, per renderlo più efficace?
Vuoi aggiungere qualche altra osservazione, per concludere?