Come varia la temperatura di quantità uguali di sostanze diverse poste per tempi uguali su una identica e costante fonte di calore?

Oggi, otto febbraio 2000, ci siamo recati in laboratorio.

L’insegnante ci ha invitato ad aprire il quadernone di scienze in corrispondenza della relazione relativa all’esperimento effettuato per esaminare come varia al passare del tempo la temperatura di una certa quantità di acqua posta sopra una fonte di calore costante.

Dopo aver letto il procedimento seguito e le varie riflessioni annotate l’insegnante ci ha chiesto:

"Secondo voi, operando con un procedimento analogo con sostanze diverse dall’acqua (sia liquide, come ad esempio olio, alcool, che solide, come la limatura di ferro) come varierà al passare del tempo la temperatura di tali sostanze? In modo costante oppure no? In misura maggiore, uguale o minore rispetto a quella subita da una determinata quantità di acqua?"

Noi non abbiamo saputo rispondere e così l’insegnante ci ha invitato a riflettere su come realizzare un esperimento che ci potesse fornire dei dati per poter poi rispondere alle domande che ci aveva posto.

Una nostra compagna, Francesca Lodato, ha saputo individuare le fasi dell’esperimento:

1. versare una certa quantità di acqua , ad esempio 200 ml., 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 venga a trovare approssimativamente a uguale distanza dal fondo del recipiente e dalla superficie libera dell’acqua
4. misurare la temperatura iniziale dell’acqua
5. porre sotto il treppiede la fiamma del bunsen
6. misurare la temperatura ogni minuto (per dieci minuti)
7. registrare i dati in una tabella
8. terminata questa fase versare l’acqua e raffreddare il becher
9. ripetere lo stesso esperimento con una stessa quantità di un’altra sostanza ( ad esempio olio).

Risponde ancora Francesca dicendo che la temperatura dell’olio sarebbe aumentata più rapidamente di quella dell’acqua e quindi l’olio avrebbe raggiunto una temperatura maggiore di quella dell’acqua.

A questo punto interviene un nostro compagno, Martino Rossi Fossati, che propone di effettuare contemporaneamente il riscaldamento di due uguali quantità di acqua ed olio utilizzando due bunsen.

L’insegnante risponde che quello proposto non è un modo corretto di procedere ed invita gli alunni a individuare il perché.

Inizialmente Martino pensa che l’impedimento sia dovuto a motivi pratici: i bunsen non sono sufficienti per tutti i gruppi; l’insegnante lo invita a verificare tale ipotesi e Martino, dopo un rapido conteggio, si rende conto che non dipende dal numero dei bunsen; riflette e subito riesce ad individuare il perché non può procedere come avrebbe voluto: non è possibile regolare le fiamme dei bunsen in modo che abbiano tutte la stessa altezza.

Prima di iniziare l’esperimento l’insegnante ha posto la seguente domanda:

"Basandovi sulla vostra esperienza quotidiana sapreste dire se l’olio si riscalda più rapidamente o più lentamente dell’acqua?"

Molti di noi, quasi in coro, hanno risposto che l’olio si riscalda più rapidamente dell’acqua.

L’insegnante quindi ci ha domandato:

"Come è opportuno allora regolare l’altezza della fiamma?"

La risposta, condivisa da tutti, è stata la seguente:

"E’ opportuno regolare l’altezza della fiamma in modo che l’aumento di temperatura sia lento altrimenti la temperatura dell’olio raggiungerebbe subito valori troppo elevati".

Quindi, divisi in gruppi, abbiamo svolto l’esperimento seguendo le fasi già individuate ed utilizzando i seguenti materiali:

1. treppiede
2. reticella 
3. sostegno per termometro
4. termometro
5. becher
6. agitatore (bacchettina di vetro)
7. sorgente di calore (fiamma bunsen)
8. cronometro
9. acqua
10. olio

L’insegnante invita ognuno di noi a leggere i dati ed i grafici per verificare se le ipotesi formulate erano corrette e per giungere ad eventuali conclusioni.

Una nostra compagna, Veronica Ostili, interviene dicendo che le ipotesi formulate erano corrette e che la temperatura di una certa quantità di olio aumenta al passare del tempo in modo approssimativamente costante ma più rapidamente di quella di una stessa quantità di acqua.

In laboratorio non avevamo a disposizione altre sostanze liquide adatte all’esperimento effettuato (c’era del mercurio i cui vapori, però, sono tossici ed alcool che è facilmente infiammabile; non c’erano sostanze solide ridotte in polvere); noi avevamo proposto di eseguire l’esperimento anche con latte, aranciata, coca–cola, aceto e vino però è stato osservato che la componente principale di tali liquidi è l’acqua per cui i dati che avremmo ottenuto non sarebbero stati molto significativi.

Intuiamo tuttavia che se avessimo esteso l’esperimento prendendo in considerazione quantità uguali di molte altre sostanze la temperatura sarebbe aumentata al passare del tempo in modo approssimativamente costante ma in misura diversa a seconda della sostanza considerata.