Come varia la temperatura di una certa quantità di acqua posta sopra una fonte di calore costante?

Oggi, undici gennaio 2000, siamo andati in laboratorio.

La nostra insegnante ha suddiviso la classe in sei gruppi di tre alunni ciascuno ed ha fornito le indicazioni per eseguire un esperimento:
 

1. versare una certa quantità di acqua in un becher
2. porre il becher sopra la reticella situata sul treppiede
3. regolare la posizione del termometro in modo che il bulbo si trovi approssimativamente alla stessa distanza dal fondo del becher e dalla superficie libera dell’acqua
4. misurare la temperatura iniziale dell’acqua 
5. porre la sorgente di calore (fiamma bunsen) sotto il treppiede
6. agitare l’acqua in modo uniforme
7. misurare la temperatura dell’acqua ogni minuto per 10 minuti
8. registrare i dati in una tabella
9. rappresentare graficamente i dati ottenuti

( - per lavorare con una fonte di calore costante l’insegnante ha suggerito di non variare l’altezza della fiamma durante l’esperimento;
- abbiamo fatto notare all’insegnante di non aver specificato la quantità di acqua con cui eseguire l’esperimento e lei ha risposto che dovevamo decidere noi e così abbiamo concordato di versare nel becher 300 ml di acqua)

Il materiale utilizzato per l’esecuzione dell’esperimento è il seguente:

• treppiede
• reticella
• sostegno per termometro
• termometro
• becher
• agitatore (bacchettina di vetro)
• sorgente di calore (fiamma bunsen)
• cronometro 
• acqua

 

L’unica conclusione a cui noi siamo spontaneamente giunti è la seguente:

al passare del tempo la temperatura dell’acqua posta sopra una fonte di calore costante aumenta.

La professoressa allora ci ha chiesto:

"Per quale motivo allora c’era l’indicazione di misurare la temperatura dell’acqua ogni minuto? Per giungere alla vostra conclusione sarebbe stato sufficiente misurare solo la temperatura iniziale e finale dell’acqua".

Poiché noi non abbiamo saputo rispondere l’insegnante ha invitato ogni gruppo a calcolare di quanti gradi è aumentata la temperatura dell’acqua ogni minuto e quindi a rispondere alla seguente domanda:

" La temperatura dell’acqua è aumentata ogni minuto approssimativamente sempre dello stesso numero di gradi oppure no?"

Noi abbiamo analizzato i dati come suggerito dall’insegnante giungendo alla conclusione che la temperatura dell’acqua è aumentata, ogni minuto, approssimativamente dello stesso numero di gradi; infatti la rappresentazione grafica è abbastanza lineare.

Lo scopo dell’esperimento - ha quindi concluso l’insegnante - era quello di vedere come varia la temperatura di una certa quantità di una determinata sostanza ( in questo caso l’acqua) in intervalli di tempo uguali.

Possiamo dire che la temperatura di una determinata quantità di acqua, posta sopra una fonte di calore costante, aumenta in modo quasi costante e possiamo anche intuire che lavorando in condizioni ideali aumenterebbe in modo perfettamente costante.

L’insegnante ci ha invitato poi ad individuare le grandezze costanti e quelle variabili che sono entrate in gioco nell’esecuzione dell’esperimento.

Come grandezze costanti abbiamo individuato:

1. dimensioni del becher (in quanto ogni gruppo ha usato sempre li stesso becher)
2. distanza del bulbo del termometro dal piano di lavoro
3. altezza della fiamma
4. intervallo di tempo scelto per misurare la variazione di temperatura (un minuto).

1. temperatura 
2. tempo