Galileo: il peso dell’esperimento
di N. Correale
Attività 2 - L’esperimento: Il calore assorbito dipende dal tipo di sostanza e dalla sua quantità?
Tempo medio per svolgere l'attività in classe 2 ore
Per la relazione da svolgere a casa: 3 ore
- Comprendere i cambiamenti di interpretazione relativamente al significato del calore.
- Comprendere che la capacità termica di in un corpo dipende dalla sua massa e dal suo calore specifico e che il calore è una forma di energia che si trasforma.
- Comprendere l’importanza di usare strumenti precisi di misura per quanto riguarda il calcolo del calore assorbito.
- Giungere a sintetizzare il percorso storico formulando una legge matematica generale che esprima la relazione tra calore, temperatura, massa e calore specifico del corpo.
- Elaborare ipotesi sulla base delle conoscenze personali e formulare proposte di esperimenti atti a verificarle.
- Trarre conclusioni basate sui fenomeni osservati.
Introduzione all’attività
Questo esperimento permette di chiarire la differenza tra calore e temperatura. Gli studenti svolgono gli esperimenti a gruppi. Il primo esperimento consiste nel calcolare - utilizzando la formula - il calore assorbito dai diversi liquidi (acqua, olio, aceto) di due diverse quantità (per semplicità una doppia dell’altra) dopo averli riscaldati con una stessa fonte di calore (che perciò non varia per i diversi liquidi) fino a raggiungere una certa temperatura stabilita, per esempio 40 gradi centigradi. A tal scopo possono essere utilizzati scalda-biberon elettrici o bollitori facilmente in commercio. Gli studenti possono verificare che il calore assorbito dipende sia dalla quantità di liquido che dal tipo di sostanza, contrariamente alla temperatura. Ai ragazzi si può far notare che il calore viene trasmesso ai corpi attraverso la resistenza del bollitore e che la quantità di esso aumenta in modo proporzionale al tempo di esposizione alla sorgente di calore. Una volta eseguiti gli esperimenti, ogni gruppo svolge una relazione - corredata se possibile, di grafico che riporti per ogni sostanza utilizzata il calore assorbito al variare della massa del liquido - e la espone al docente, che ha modo di apportare le dovute correzioni, e agli altri studenti in modo tale che il lavoro svolto diventi patrimonio comune. Inoltre in questa fase si possono formulare considerazioni di tipo quantitativo; ad esempio si può notare che con una quantità doppia di liquido anche la quantità sia di tempo che di calore necessario per raggiungere la stessa temperatura raddoppia. Queste osservazioni potrebbero indurre ad effettuare nuove misure per vedere cosa succede con una quantità tripla o quadrupla ecc. e per eventualmente effettuare delle previsioni NB: occorrono termometri che arrivano a misurare almeno 50 gradi centigradi. Per quanto riguarda la costruzione dei grafici, può essere utilizzato excel.
In generale notiamo che è possibile effettuare misure del calore assorbito da un solido piuttosto che da un liquido, come è mostrato nella figura sottostante.
Per quanto riguarda lo schema della relazione che gli studenti devono produrre, suggeriamo che essi rispondano alle domande: “Cosa occorre?, Cosa faccio?, Cosa osservo?, Cosa capisco?” costituisca della relazione. Considerando la risposta alla terza domanda val la pena precisare che le osservazioni che gli studenti devono fornire sono sia di carattere qualitativo che quantitativo (misurazioni, tabelle, grafici); la risposta all’ultima domanda deve contenere invece la spiegazione di quanto è stato osservato, cercando di adottare una terminologia appropriata. I contenuti di questa seconda attività, se vogliono essere ulteriormente approfonditi mediante altri esperimenti ed esempi, in particolare in riferimento alla comprensione del concetto di capacità termica e calore specifico, si possono consultare altri percorsi relativi agli argomenti calore e temperatura, in particolare quello di Mirella Rafanelli "Caldo e freddo, con senso e con misura".
