Cartesio
La didattica con le calcolatrici
Fisica
Unità didattiche
Studio sugli scambi termici 
1. Blocco Tematico
L'energia
2. Modulo
Energia - Termologia - Termodinamica
3. Obiettivi cognitivi
Caratterizzazione del concetto di energia nei processi in cui avvengono scambi termici.
Caratterizzazione del concetto di energia nelle trasformazioni termodinamiche.
Legge di raffreddamento dei corpi.
Il concetto di equilibrio e l'evoluzione spontanea nei processi di scambio termico.
Problemi generali dell'acquisizione dati.
4. Prerequisiti
Teoria elementare del calore.
Il calore e l'energia nelle trasformazioni termiche.
La capacità termica.
5. Attività
Set up sperimentale
Un matracino da 50ml riempito a livello con acqua, attrezzatura Texas per la misura contemporanea di 2 temperature, la TI83p.
Figura 1. Foto del set up per l'esperienza
Al fine di rendere disponibile tutta la superficie radiante e consentire un più veloce raffreddamento si consiglia di sospendere in il matracino di acqua riscaldata con una base a tre piedi da laboratorio come mostrato in figura.
Preparare l'acquisizione dati.
Dal menù dei programmi, <prgm>, selezionare <physics> e premere il tasto 
; apparirà sullo schermo della TI83P:
Accedere al menù principale del programma per selezionare le sonde che verranno utilizzate in questa sessione di acquisizione dei dati;
Si selezioneranno, come detto, due sonde:
Del tipo "Temperature" standard.
Dopo aver indicate la locazione delle sonde (occupare i canali sempre in ordine crescente) passare al "Data Collection" menù per organizzare una acquisizione tipo "Time Graph":
Con un tempo di campionamento di almeno 60 s secondo per 48 misure.
La prima sonda di temperatura monitorerà la temperatura del liquido nel matracino, mentre la seconda monitorerà la temperatura ambiente. É bene non tenere troppo vicino le due sonde.
Eseguire diverse prove fino a che i parametri predisposti non permetteranno di osservare il sovrapporsi della curva di raffreddamento alla curva della temperatura ambiente.
I dati acquisiti verranno salvati dalla calcolatrice nelle 3 liste:
1 time L1
2 temp. ch1 L2
3 temp. ch2 L3
Il grafico della acquisizione dati sarà:
Elaborazioni
Il monitoraggio della temperatura ambiente evidenzia il limite asintotico del fenomeno. Il sistema diminuisce la sua temperatura scambiando calore verso l'esterno; se il sistema esterno ha una capacità termica molto maggiore di quella del sistema in studio l'effetto di tale cessione del calore è trascurabile e la temperatura ambiente rimane costante. Quindi risulterà comodo studiare il 
T rispetto alla temperatura ambiente; sulla calcolatrice digitare:
L2-L3>L4
Della lista così calcolata determinare il logaritmo naturale e memorizzare la nuova lista in L5.
L'editor 
delle liste fornirà la rappresentazione delle 5 liste ricavate dall'esperienza.
Introducendo dei test di ipotesi per la correlazione tra L1 ed L5 si possono realizzare dei fit e rappresentarli in modalità <Stat Plot>.
Figura 2. Esempio di analisi statistica dei dati.
6. Strategia di trattazione dell'argomento
Da un punto di vista organizzativo questa esperienza dovrebbe essere realizzata in modo da monitorare con l'acquisizione dati fenomeni transitori brevi al fine di evidenziare in classe il fenomeno completo e discuterlo.
Il set up sperimentale per la realizzazione di una esperienza veloce può essere trovato in: REFERENZA MATERIALE ADT.
Il set up descritto in precedenza porta ad avere dei transitori la cui durata e dell'ordine di 3-5 ore e dunque normalmente non applicabile in una lezione frontale di laboratorio didattico. Tuttavia si vuol mettere in risalto il concetto di capacità termiche dei corpi per cui la strategia di trattazione dell'argomento passa attraverso la realizzazione di una esperienza che segua i ritmi dello scambio di calore di circa 50 ml di acqua con l'esterno.
Questo approccio conduce di fronte al problema dell'automazione della acquisizione dei dati. La configurazione realizzata permette di usare la TI83 P per impostare l'acquisizione dei dati senza dover sovrintendere alle misurazioni; inoltre è possibile organizzare l'acquisizione e poi separare la calcolatrice ed il CBL e riconnetterli per poi eseguire il salvataggio dei dati. Impostare i dati per l'acquisizione in una lezione, recuperarli ed operare su di essi nella lezione successiva permette di separare i due problemi comuni di ogni esperimento moderno di Fisica, l'acquisizione e la successiva interpretazione dei dati.
7. Verifiche formative
Problema 1
Determinazione della forma matematica della curva di raffreddamento.
La soluzione si deve basare chiaramente sull'uso delle capacità di calcolo della calcolatrice. La TI83P risulta una calcolatrice di uso immediato in quanto le funzioni di calcolo sulle liste si aggiornano in tutti gli ambienti in cui queste liste sono richiamate. I passi indicati nel capitolo "Attività" portano ad una soluzione del problema che si basa anche sulla verifica di un test di ipotesi, l'ipotesi dell'andamento esponenziale del fenomeno.
Problema 2
Calcolare il 
dei dati acquisiti.
Anche in questo caso la calcolatrice fornisce una via veloce per la soluzione del problema. Il t richiesto nel caso si lavori sui dati discreti, risulta essere proprio il tempo di campionamento; in ciascun intervallo di misura il T cercato, rispetto alla temperatura ambiente, è proprio la lista L4.
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