PREVISIONI DI UN RISCALDAMENTO

Oggi, 25 gennaio 2000, ci siamo recati con la nostra insegnante di scienze in laboratorio. 

Per prima cosa la nostra insegnante ci ha ricordato sinteticamente l’esperimento svolto l’ultima volta che ci siamo recati in laboratorio: abbiamo versato una certa quantità di acqua in un becher, abbiamo misurato la sua temperatura iniziale, poi abbiamo posto il becher contenente l’ acqua sopra la reticella situata sopra il treppiede e sotto questo abbiamo posizionato un bunsen acceso la cui fiamma è stata mantenuta costante in altezza per tutta la durata dell’esperimento; abbiamo quindi misurato la temperatura ogni minuto per una durata complessiva di dieci minuti, registrato i dati in una tabella e rappresentato poi i dati sul piano cartesiano. Lo scopo era quello di osservare la variazione di temperatura di una determinata quantità di acqua al passare del tempo utilizzando una fonte di calore costante.

Dopo la nostra insegnante ci ha posto la seguente domanda:
"Se si ripetesse lo stesso esperimento ponendo sopra la stessa fonte di calore e per tempi uguali quantità via via maggiori di acqua, o multiple (ad esempio: 300 ml, 600 ml, 900 ml, etc…) come sarà l’aumento di temperatura delle diverse quantità di acqua ?".

La risposta di alcuni nostri compagni è stata la seguente:
"Maggiore è la quantità di acqua posta sulla fonte di calore, minore sarà l’aumento di temperatura".
Essa è stata condivisa da tutti.
Come possiamo organizzare un esperimento – ha continuato quindi l’insegnante - che ci permetta di verificare tale ipotesi?
Una nostra compagna, Francesca Lodato, è stata in grado di elencare sinteticamente le fasi del lavoro:
"Ipotizzando di utilizzare quantità multiple di acqua, ad esempio 300 ml, 600 ml e 900 ml., nella prima prova verseremo 300 ml di acqua in un becher e misureremo la sua temperatura; poi porremo il becher sopra la fiamma di un bunsen e misureremo la temperatura ogni minuto, ad esempio per dieci minuti, registrando i dati in un’apposita tabella.

Svolta la prima prova dovremo versare nel lavello l’acqua e raffreddare il becher con acqua corrente per ritornare nelle stesse condizioni iniziali e così ripetere la stessa prova con 600 ml di acqua e poi con 900 ml".

L’insegnante ci ha chiesto:
" I becher a disposizione quanto possono contenere al massimo?".
Noi abbiamo notato che essi possono contenere al massimo 400 ml.
Quindi la prof.ssa ci ha chiesto:
"Allora possono essere utilizzate le quantità di acqua che ha ipotizzato Francesca per svolgere l’esperimento?".
Noi abbiamo risposto negativamente e l’insegnante ci ha invitato a risolvere il problema.
Noi abbiamo deciso di utilizzare 100 ml di acqua nella prima prova, 200 ml nella seconda e 300 ml nella terza.

Le fasi dell’esperimento sono state le seguenti:

1. versare 100 ml di acqua in un becher
2. porre il becher sopra la reticella posizionata 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 becher
6. agitare l’acqua in modo uniforme
7. misurare la temperatura dell’acqua ogni minuto per 10 minuti
8. registrare i dati ottenuti in una tabella
9. versare l’acqua e raffreddare il becher 
10. ripetere l’esperienza con 200 ml di acqua e poi con 300 ml di acqua 

Il materiale utilizzato è stato il seguente:

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

I dati ottenuti hanno confermato l’ipotesi formulata.

Inoltre, rappresentandoli graficamente su di un unico piano cartesiano, abbiamo notato che la spezzata relativa ai 100 ml di acqua sale rapidamente, quella relativa ai 200 ml meno rapidamente e quella relativa ai 300 ml ancora meno. Inoltre la spezzata relativa ai 200 ml di acqua si viene a trovare tra quella che si riferisce ai 100 ml e l’asse delle ascisse e così la spezzata relativa ai 300 ml. di acqua si viene a trovare tra quella che si riferisce ai 200 ml e l’asse delle ascisse.

L’insegnante ci ha chiesto se sapevamo prevedere sullo stesso piano cartesiano la rappresentazione grafica relativa al riscaldamento di 400 ml di acqua.

Noi abbiamo risposto che la rappresentazione grafica relativa al riscaldamento di 400 ml di acqua sarebbe stata una spezzata compresa fra quella relativa a 300 ml. di acqua e l’asse delle ascisse.

Anche per questo esperimento siamo stati invitati ad individuare le grandezze costanti e quelle variabili.

Le grandezze costanti sono:

• dimensioni del becher e natura della sostanza (vetro) che lo costituisce ( ogni gruppo ha usato sempre lo stesso becher)
• distanza del bulbo del termometro dal piano di lavoro
• altezza della fiamma bunsen
• intervallo di tempo considerato per misurare la temperatura (un minuto)
• tempo di riscaldamento (10 minuti)
• natura della sostanza sottoposta a riscaldamento (acqua)

• la quantità di acqua sottoposta a riscaldamento
• temperatura
• tempo
• velocità di agitazione dell’acqua (in quanto effettuata manualmente)