Esso si compone di vari elementi: un rubinetto (G) che isola la parte destra del tubo a U e previene scambi con l'ambiente esterno, conduttori elettrici (A) che alimentano un filamento (B) posto in un'ampolla (C) comunicante con un tubo di vetro a U (D), e una placca graduata (E) che permette di misurare la differenza di livello tra i fluidi contenuti nei due rami del tubo. Il tubo (F) è aperto nella parte superiore e chiuso in basso, non comunicando con altri tubi.
Il funzionamento dello strumento si basa sull'osservazione delle conseguenze della legge dei gas perfetti e in particolare della legge di Charles, che stabilisce che a pressione costante, il volume di un gas è direttamente proporzionale alla sua temperatura.
L'esperimento si svolge come segue: a rubinetto (G) aperto, i due rami del tubo a U (D) e (F) vengono riempiti allo stesso livello, con un margine nel tubo (D) per consentire al liquido di salire nella parte sinistra del tubo. Una volta chiuso il rubinetto (G), il filamento (B) nell'ampolla (C) inizia a scaldare l'aria contenuta nel tubo (D), aumentando sensibilmente la temperatura del gas.
Nonostante l'aumento della temperatura, la pressione rimane praticamente costante, poiché il fluido può scorrere liberamente. Se il fluido utilizzato è acqua, la pressione esercitata dalla colonna di liquido nella parte sinistra del tubo (D) è trascurabile. L'aumento della temperatura provoca un incremento del volume del gas, il che genera una differenza di livello tra i due rami del tubo (D). Questa differenza di livello è un indicatore diretto dell'aumento del volume, e grazie alla placca graduata (E), è possibile misurare questa variazione. Il livello nel tubo (F), essendo separato dal resto del sistema, resta costante, consentendo di monitorare la variazione di volume nel gas a temperatura variabile.
Inoltre, la differenza di pressione tra i due rami del tubo (D), causata dall'espansione del gas, può essere determinata misurando la differenza di altezza dei fluidi nei due rami. Una differenza di 1 cm corrisponde a circa 100 Pa di variazione di pressione. In questo modo, lo strumento consente non solo di osservare l'incremento del volume del gas con l'aumento della temperatura, ma anche di calcolare la variazione di pressione che ne deriva.
Se il tubo fosse chiuso all'estremità superiore, si potrebbero raggiungere pressioni più elevate, ma la misurazione della differenza di pressione sarebbe più complessa, rendendo lo strumento più adatto per esperimenti che coinvolgono piccole variazioni di pressione. In sintesi, questo dispositivo offre un'ottima opportunità per esplorare i principi fondamentali della termodinamica e della legge di Charles, con la possibilità di quantificare le variazioni di volume e pressione in un gas in funzione della temperatura.
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