3B Scientific Heat Equivalent Apparatus - Manual (Page 14)

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3. Uso e manutenzione
•
L’apparecchio per l’equivalente termico viene fis-
sato con il morsetto da tavolo su un piano di lavo-
ro stabile. Successivamente la corda d’attrito, come
mostrato in fig. 1, viene avvolta intorno al cilindro
di attrito per 4,5-5,5 volte: in tal modo il contrap-
peso dovrebbe pendere verso il basso dal dietro e
l’estremità libera della corda dal davanti.
•
Come peso può essere utilizzato il secchio fornito
in dotazione, dopo essere stato riempito con ac-
qua, sabbia, ecc. (peso totale circa 5 kg). L’estremi-
tà libera della corda d’attrito viene legata al peso
che si trova sul pavimento; fare attenzione che, in
caso di corda tesa, il contrappeso ha una distanza
di soli 5 cm circa dal pavimento. In tal modo du-
rante l’esperimento risulta impossibile sollevare il
peso di oltre 10 cm circa.
•
Se ora azionando la manovella si nota che la corda
scorre verso destra e, se necessario, non rimane
nell’incavo, la corda viene avvolta intorno al cilin-
dro di attrito in modo che l’estremità della stessa a
cui è attaccato il peso si trovi a destra e l’estremità
con il contrappeso a sinistra.
•
Il sensore di temperatura viene inumidito con una
goccia di olio (importante!) e inserito nel cilindro di
attrito selezionato, come da fig. 1, fino a scattare in
sede in modo percettibile e può essere ruotato facil-
mente (se viene inserito eccessivamente o insuffi-
cientemente, non ruota liberamente). I due attacchi
del sensore di temperatura vengono collegati a un
ohmmetro (multimetro), che nel range compreso tra
2 k
Ω
e 9 k
Ω
deve essere dotato di almeno un display
a 3 cifre. La resistenza misurata può essere converti-
ta in temperatura sia utilizzando la tabella presente
sull’ultima pagina di queste istruzioni che con
l’ausilio della seguente equazione:
T
R
= −
217
151
0,13
(1)
dove R deve essere inserito in k
Ω
, per ottenere T in
°C. Questa equazione ha una corrispondenza di
± 0,05 °C con le indicazioni della tabella del
costruttore della resistenza NTC nel range compre-
so tra 10 e 40 °C.
•
Prima di eseguire un esperimento il cilindro di attrito
dovrebbe essere raffreddato di circa 5-10 °C a tempe-
ratura ambiente. A tale scopo può essere collocato in
un frigorifero o in acqua fredda: il foro del sensore di
temperatura deve essere rivolto verso l’altro e la pro-
fondità di immersione può essere pari solamente ai
2/3 circa dell’altezza del cilindro (consiglio: se il cilin-
dro di attrito viene posto in acqua dopo essere stato
inserito in una busta di plastica, dopo il raffredda-
mento non è necessario asciugarlo).
•
L’incremento della temperatura durante un espe-
rimento dovrebbe proseguire fino a che la tempe-
ratura del cilindro di attrito supera di circa 5-10 °C
la temperatura ambiente. Tanto maggiore è la cor-
rispondenza tra le differenze di temperatura (cia-
scuna rispetto alla temperatura ambiente) duran-
te il raffreddamento e il riscaldamento, quanto in-
feriore è lo scambio termico netto con l’ambiente.
•
Per il riscaldamento elettrico dei cilindri di attrito
vengono forniti cavi adattatori, che su un lato sono
dotati di connettori con diametro di 2 mm e sul-
l’altro lato di comuni connettori da laboratorio con
diametro di 4 mm. Per l’alimentazione elettrica
dovrebbe essere utilizzato un alternatore con limi-
tazione di tensione e di corrente regolabile, per cui
non deve essere superata la tensione max. dell’al-
ternatore pari a 40 V. Il polo positivo dell’alimen-
tatore viene collegato al jack isolato (sulla piastri-
na rotonda grigia di plastica presente sotto il jack)
e il polo negativo con l’altro jack.
•
Gli elementi termici dei cilindri di attrito non si
comportano come le resistenze ohmiche! A partire
da circa 10 V la corrente sale rapidamente fino a
raggiungere, con circa 12 V, l’intensità di corrente
max. ammessa di 3 A. Per impostare un punto
d’esercizio si consiglia di impostare innanzitutto la
limitazione di corrente su 2 - 3 A, quindi di aumen-
tare lentamente la tensione fino a circa 11 V, per-
tanto la corrente dovrebbe salire a circa 1 A. Ora la
limitazione di corrente viene nuovamente regola-
ta, fino a quando scorrono circa 0,8 A. Queste
impostazioni ora non vengono più modificate; fino
all’esperimento la corrente viene interrotta sem-
plicemente estraendo i cavi. Grazie alla limitazio-
ne attiva di corrente e alle caratteristiche non
ohmiche la tensione e la corrente rimangono pra-
ticamente costanti durante un esperimento, nono-
stante la variazione di temperatura.
•
Manutenzione: l’apparecchio per l’equivalente ter-
mico in linea di principio non richiede manuten-
zione. Per quanto riguarda la pulizia, può essere
pulito a umido (acqua con detergente). Non impie-
gare solventi. Evitare di immergere l’apparecchio
in acqua.
•
I cilindri di attrito devono essere in metallo lucido.
Se si dovesse essere formato uno rivestimento, è pos-
sibile rimuoverlo con un detergente per metalli.
•
La corda di attrito può eventualmente essere lava-
ta. Come corda sostitutiva economica può essere
impiegata una fune di poliammide intrecciata (ad
es. per il mercato dell’edilizia).
4. Esecuzione dell’esperimento e analisi
4.1 Trasformazione di lavoro meccanico in calore
4.1.1 Esecuzione dell’esperimento
•
Innanzitutto vengono stabiliti i diversi pesi:
peso principale (ad es. secchio con acqua)
m
H
= 5,22 kg
contrappeso (sulla corda di attrito) m
G
= 0,019 kg
cilindro di alluminio m
A
= 0,249 kg
•
Ulteriori grandezze che devono essere misurate
in precedenza:
temperatura ambiente T
U
= 23,2 °C
diametro del cilindro sulla superficie di attrito
D
R
= 45,75 mm
•
Dopo il raffreddamento del cilindro di attrito,
quest’ultimo viene avvitato al supporto, viene in-