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Apparato sperimentale

Introduzione all'esperienza

Le tre verghe di materiali differenti (alluminio, ferro, PVC) sono costruite in modo da poter ospitare al loro interno le sonde di temperatura e da essere sostenute dal coperchio del bicchiere, a sua volta fornito di un supporto.

L’esperienza più semplice consiste nell’immergerle simultaneamente nel bicchiere precedentemente riempito con acqua calda. Può essere ripetuta usando acqua fredda invece che acqua calda: per questa variante è meglio utilizzare un thermos a pozzetto invece del bicchiere in modo che la temperatura dell’acqua non vari troppo durante la misura; è bene che non siano presenti cubetti di ghiaccio in modo che la temperatura sia abbastanza uniforme all’interno del thermos.

Occorre assicurarsi che le verghe all'inizio della misura si trovino in equilibrio termico con l’ambiente (il che avviene in tempi assai più lunghi di quanto di quanto ci si potrebbe aspettare).

Predisposizione dell’apparato (TI-89 / 92+ / Voyage200)

Per effettuare misure di temperatura bisogna predisporre l’apparato di acquisizione dati.
Prima di tutto bisogna collegare le tre sonde all'interfaccia (CBL) e connettere l’interfaccia alla calcolatrice grafica. Occorre che sulla calcolatrice sia presente il programma Physics.
Le seguenti istruzioni sono riferite alla versione in italiano di physics (ver. 5 2003):

(Predisposizione dell'apparato per le sonde di temperatura)

Usando il tasto APPS ci si porta in ambiente Home. (Oppure si preme il tasto HOME in TI89).
Occorre ora avviare il programma PHYSICS che permette alla calcolatrice di ricevere ed elaborare i dati: ciò si ottiene digitando physics( ), seguito dal comando ENTER. Viene avviato il programma e premendo il tasto ENTER si arriva al menù principale (MAIN MENU)
La prima operazione da eseguire è PREDISPOSIZIONE DELLE SONDE
La schermata successiva ci invita a sceglier il numero delle sonde da utilizzare
Poichè vogliamo misurare contemporaneamente le temperature delle tre verghe, scegliamo l'opzione TRE.
Ora dobbiamo scegliere il tipo di sonda; dobbiamo scegliere l'opzione ALTRO perché la sonda di nostro interesse non è presente nell'elenco;
sceglieremo altro e compare una seconda lista che ci dà la possibilità di selezionare la sonda di temperatura.

Se non lo abbiamo già fatto (come suggerisce il messaggio sullo schermo) connettiamo le tre sonde ai tre ingressi analogici del CBL. Premendo ENTER ci ritroviamo nel menù di scelta delle sonde; ciò è dovuto al fatto che il numero di sonde è tre e sinora ne abbiamo configurato solo una dobbiamo perciò ripetere la procedura per la scelta della sonda di temperatura per altre due volte

Ora siamo pronti ad acquisire i dati di interesse.

Acquisizione dati

Dopo aver effettuato la PREDISPOSIZIONE DELLE SONDE, siamo pronti ad acquisire i dati di interesse.
Vogliamo registrare come varia la temperatura misurata dalle tre sonde nel tempo, scegliamo quindi l'opzione 2: GRAFICO vs TEMPO
Vogliamo vedere il grafico 'in tempo reale', cioè mentre si esegue la misura. Conveniene prima di tutto misurare le tre temperature con l'opzione MONITORAGGIO ed annotarle in modo da poter poi scegliere la scala sulla quale riportare i risultati della misura
Poi si esce dal MONITORAGGIO premendo il tasto + e dal menù ACQUISIZIONE si sceglie GRAFICO vs TEMPO
Ora dobbiamo scegliere l'intervallo di campionamento cioè il tempo che intercorre tra una misura e la successiva. Per il nostro esperimento può andar bene, per esempio, 30 secondi. Questo significa che la misura verrà acquisita e registrata ogni 30 secondi;
scegliendo un numero di campionamenti pari a 30 possiamo eseguire la misura in 900 secondi, pari a 15 minuti
Il programma ci chiede di decidere se vogliamo tracciare il grafico durante l'acquisizione o al termine della misura; conviene tracciare il grafico durante l'acquisizione
in questo caso dobbiamo fissare gli estremi dell'asse Y (tenendo conto delle misure di temperatura fatte in precedenza) e a quale distanza porre i trattini sull'asse. Durante la misura, in basso a destra, compare la scritta BUSY, che scompare una volta che la misura è terminata; man mano che i valori delle tre temperature vengono acquisite vengono rappresentate graficamente.
Una volta visto il grafico, premendo ENTER compare la scritta
Successivamente possiamo analizzare i grafici uno per volta scegliendo CANALE 1, CANALE 2 o CANALE 3
Se invece si decide di acquisire dopo che la misura è terminata, sul display della calcolatrice compare la scritta IN CORSO DI ACQUISIZIONE. I dati raccolti vengono registrati sulla CBL. Durante l'acquisizione sul CBL si vede una luce verde che si accende e si spegne ogni 5 secondi (tempo di campionamento). Con questa modalità non è possibile visualizzare insieme i tre grafici, quindi è preferibile utilizzare l'altra.

Si ottengono così le temperature delle tre verghe immerse parzialmente nell'acqua.