La solidificazine e la fusione

Quando la sua temperatura è compresa tra 0 °C e 100 °C, l’acqua distillata esiste allo stato liquido. Se la temperatura viene portata gradualmente al di sotto di 0 °C, a pressione normale, si ottiene la sua solidificazione, cioè l’acqua diventa ghiaccio. Durante tale processo la temperatura resta costante; cioè mantiene il valore di 0 °C fino a quando tutta l’acqua non sia passata allo stato solido.

Se, una volta che l’acqua si è solidificata, la temperatura viene riportata gradualmente sopra zero, si ha il processo inverso, cioè la fusione. Anche durante questo cambiamento la temperatura si mantiene costante. Potrai verificare queste proprietà eseguendo le seguenti esperienze.

[materiale occorrente] [predisposizione e acquisizione] [domande]

Materiale occorrente

bicchiere 400 cc
base a treppiede
asta metallica 25 cm
pinza universale con morsetto
provetta di vetro 140 x 14 mm
sensore di temperatura
acqua distillata
cloruro di sodio
cubetti di ghiaccio a –10 °C
calcolatrice grafica TI-89
interfaccia CBL2

 

Predisposizione e acquisizione

1
  • Introduci nella provetta 5 cc di acqua distillata.
  • Nella base a treppiede infila l’asta metallica e stringi l’apposito volantino.
  • Fissa all’asta la pinza universale e tra le sue branche stringi delicatamente la provetta, nella quale dovrai infilare il sensore di temperatura regolandone l’altezza in modo che la sua punta si trovi a metà dell’acqua.
  • Indroduci nel bicchiere 100 cc di acqua fredda del rubinetto, immergi sette o otto cubetti di ghiaccio prelevati da un freezer e versa su di essi due o tre cucchiai di cloruro di sodio, agitando bene la soluzione ottenuta.
  • Disponi sotto il bicchiere un disco di cartone.

 
2

Avvia il programma PHYSICS e quando compare il MENU PRINCIPALE,

  • seleziona PREDISP. SONDE.
  • Nel menu NUMERO DI SONDE, premi il tasto 1: UNO,
  • in quanto dovrai utilizzare un solo sensore di temperatura.
  • Nel menu SCELTA SONDE, seleziona 6: TEMPERATURA,
  • poi collega il sensore alla porta CH 1 dell’interfaccia.

Nel MENU PRINCIPALE, seleziona GRAFICO VS TEMPO e imposta i seguenti parametri

  • intervallo tra campionamenti: 1,5s;
  • campionamenti: 800.

Alla domanda QUANDO TRACCIO? rispondi premendo il tasto 2: DURANTE ACQUISIZIONE e disponi per le seguenti opzioni: Ymin = -10 °C ; Ymax = 18 °C ; Yscl = 1.
3

Introdotta la provetta nel bicchiere, come mostrato in figura, dai subito inizio all’acquisizione dei dati premendo il tasto ENTER.
Durante l’esperimento continua ad aggiungere piccole quantità di cloruro di sodio e ad agitare la soluzione.
Otterrai due grafici come quelli mostrati in figura.
4

Estrai la provetta dal bicchiere che ora contiene ghiaccio ed esponila all’aria.
Predisponi il computer per ottenere il grafico della temperatura durante il riscaldamento.
Otterrai una curva simile a quella di figura.

Domande

  1. Osservando il grafico della temperatura dell’acqua contenuta nella provetta, si nota che, per un breve intervallo di tempo l’acqua si trova ancora allo stato liquido sebbene la sua temperatura sia sotto zero. Come si definisce questo fenomeno?
  2. Che cosa ha provocato la cessione di calore da parte dell’acqua nella provetta all'acqua nel bicchiere fino a quando la sua temperatura si è mantenuta al di sopra dello zero?
  3. Che significato ha il brusco innalzamento della temperatura al valore di 0 °C
  4. Per quale motivo la prima curva di raffreddamento dell’acqua ha una pendenza maggiore della seconda curva di raffreddamento (quella in cui si ha ghiaccio nella provetta)?
  5. Quale processo ha luogo nel periodo durante il quale la temperatura si mantiene costante?
  6. Che cosa rappresenta il calore latente di fusione?
  7. Se per l’esperimento non si fosse utilizzata acqua distillata, nella provetta, ma una soluzione di acqua e sale, il cambiamento di stato avrebbe avuto luogo alla temperatura di 0 °C?