Determinazione dell' equivalente meccanico della caloria
Materiale occorrente
Cfr. Materiale utilizzato
Svolgimento
Per prima cosa si procede con il montaggio del dispositivo sperimentale. Si fissi la base di acciaio su un angolo del banco del laboratorio mediante l'apposita morsa (bisogna fare attenzione che sporga di qualche centimetro rispetto al bordo, per evitare di rompere il termometro durante l'esperimento). Si prenda il calorimetro di Callender e si versi in esso una quantità di acqua che non superi i 45 cc, misurandola con precisione per mezzo di un cilindro graduato; lo si chiuda quindi ermeticamente con il tappo di gomma nel quale è infilato un termometro. Si unga quindi di grasso, usando l'apposito pennellino di plastica, il perno della manovella, lo si infili nell'apposito foro orizzontale praticato nella base di plastica, e si avviti ad esso il calorimetro di Callender, ponendo attenzione a stringerlo ben bene. Ora viene la parte più difficile del montaggio: mentre uno sperimentatore afferra la molla e la tiene in tensione fin quasi a toccare la superficie laterale metallica del calorimetro, altri due, aiutandosi l'un l'altro, provvedono ad avvolgere cinque o sei volte la fune attorno allo strumento, facendo attenzione:
a) che la corda sia sempre perfettamente tesa;
b) che le spire della corda non si accavallino mai l'un l'altra;
c) che esse siano perfettamente aderenti l'una all'altra, in modo da ricoprire uniformemente tutta la superficie cilindrica del calorimetro;
d) a non spezzare il termometro nel corso di questa delicata operazione.
Dopo aver teso ben bene il cavo in questo modo, lo si agganci al peso da 5 Kg posto sul pavimento esattamente sotto il calorimetro, e si regoli la tensione del cavo in modo che il peso resti sollevato di qualche centimetro da terra. Terminata la fase di montaggio, si procede alla raccolta dei dati.
Raccolta delle osservazioni
Per prima cosa, uno studente legge la temperatura dell'acqua segnata dal termometro, cercando di evitare errori di parallasse. Subito dopo, un altro comincia a girare la manovella in senso orario, ovvero nel senso che provocherebbe la salita del peso, contando con precisione il numero di giri effettuati, ed avendo cura di ruotare la manovella con velocità pressoché costante, evitando strappi e cercando di non procedere né con troppa lentezza né con eccessiva foga. In ogni caso, il numero di giri di manovella non deve essere inferiore a cento. Al termine, uno degli sperimentatori leggerà con cura la temperatura ora segnata dal termometro, registrando un incremento sensibile. In questo caso, a differenza degli altri calorimetri, il calore viene trasmesso all'acqua distillata a causa del forte attrito radente del cavo contro la superficie metallica del calorimetro, dal momento che il detto cavo è tenuto teso da una parte dalla molla, e dall'altra dal peso da5 Kg. Allo scopo, la velocità di rotazione andrà regolata in modo che il peso resti pressoché immobile, cioè in condizioni tali che la forza di attrito, che tenderebbe a sollevare il corpo come in una normale carrucola, sia perfettamente equilibrata dal suo peso. Se quindi si osserva il corpo salire più o meno velocemente verso l'alto, significa che le due forze non sono in equilibrio e che la fune non è stata avvolta correttamente attorno al tamburo. È invece abbastanza normale che le prime spire della corda si rilascino nel corso dell'esperimento; basta però che almeno le altre siano strettamente aderenti al calorimetro, così da assicurare che l'attrito lavori a dovere.
Naturalmente, per mantenere il sistema in rotazione si deve compiere un lavoro L contro la forza d'attrito, lavoro che nel calorimetro si trasforma in una quantità di calore Q. È proprio questa trasformazione a consentirci di calcolare l'equivalente meccanico della caloria. (cfr. trattamento dei dati sperimentali).