Il termometro a gas

La relazione tra la pressione e la temperatura di un gas (legge isocora di Volta-Gay Lussac), può essere utilizzata per realizzare un termometro a gas.

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

Materiale occorrente

termometro a gas
bicchiere 400 cc
piastra riscaldante
sensore di pressione
sensore di temperatura
cubetti di ghiaccio
calcolatrice grafica TI-89
interfaccia CBL2

 

Predisposizione e acquisizione

1

Allestisci l’apparecchiatura nel seguente modo: chiudi la bottiglia con il tappo di gomma provvisto di connettore che è allegato al sensore di pressione e poi collegalo allo stesso sensore mediante l’apposito tubetto di plastica dotato di connettori. Infila il sensore di temperatura nel foro praticato nel tappo di PVC e fallo scivolare nell’apposita sede, dove verrà tenuto fermo dalla fascetta elastica. Infine introduci nel bicchiere 400 cc circa di acqua fredda.
2

Avvia il programma PHYSICS e quando compare il MENU PRINCIPALE,

  • seleziona PREDISP. SONDE.
  • Nel menu NUMERO DI SONDE, premi il tasto 1: DUE,
  • in quanto dovrai utilizzare un sensore di pressione e uno di temperatura.
  • Nel menu SCELTA SONDE, seleziona 5: PRESSIONE, e poi 3: kPa, e il tipo di sensore usato (GPS-BTA, se codice MAD 8009).

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Tornato al menu di scelta delle sonde, dovrai selezionare 6:TEMPERATURA. Nel MENU PRINCIPALE, seleziona 2:GRAFICO vs TEMPO e imposta i seguenti parametri

  • intervallo tra campionamenti: 4s;
  • campionamenti: 300.

Alla domanda QUANDO TRACCIO? rispondi premendo il tasto 2: DURANTE ACQUISIZIONE e disponi per le seguenti opzioni: Ymin = -5 °C ; Ymax = 25 °C ; Yscl = 1.

 

3

Metti ghiaccio tritato nel bicchiere fino a che il livello dell’acqua non abbia raggiunto il collo della bottiglia. Inserisci poi il disco di PVC, portante la bottiglia di alluminio, nel bicchiere, avendo cura di bloccarlo con le clips metalliche. Attendi che la temperatura si sia stabilizzata.
4

Accendi la piastra riscaldante regolandola su una potenza moderata, in modo che l’innalzamento di temperatura sia lento.

Metti l’intero apparato sulla piastra riscaldante e dai inizio all’acquisizione dei dati premendo ENTER. Otterrai un grafico come in figura.

5

Per conoscere l’equazione della retta torna al menu principale torna al menu principale scegliendo 7:ESCI e poi 1:NO per non ripetere l’esperimento.

Seleziona 3:ANALISI, poi 1:GRAFICA/INTERPOLA poi 2:INTERPOL. Metti sull’asse X il canale 2 corrispondente alla temperatura e sull’asse Y il canale del sensore di pressione.

Scegli la modalità scatter ed infine scegli il tipo di legge da approssimare, nel nostro caso 1:LINEARE.

E’ interessante a questo punto studiare quanto vale la temperatura estrapolando i valori della pressione fino a zero. Ricava dunque per via algebrica il valore di T per P uguale a zero.

Domande

  1. Ritieni che il grafico di figura possa rappresentare la legge isocora di Volta – Gay Lussac?
  2. Qual è la temperatura che corrisponde alla pressione nulla?
  3. Può un gas avere una pressione negativa?
  4. La temperatura di un gas può assumere un valore inferiore a quello che hai estrapolato?
  5. Il grafico di figura è stato ottenuto riscaldando aria; sarebbe stato diverso con un altro aeriforme?
  6. Tale grafico può essere utilizzato per tarare un termometro? Descrivi in che modo.