Інформація для вчителів
Опис
Експериментальна установка
В цьому експерименті на прикладі води демонструється об'ємне розширення рідини в залежності від температури. Під час підвищення температури рідина в трубці розширюється, і стовпчик термометра "піднімається". Якщо стає холодніше, рідина стискається, а стовпчик термометра "опускається".
У більшості термометрів використовується пофарбований спирт, який лінійно розширюється з підвищенням температури, що дає змогу отримати термометр із лінійною шкалою. Це полегшує зчитування температури. Оскільки вода розширюється нелінійно, вона не підходить для використання в термометрі з лінійною шкалою. Раніше в термометрах замість спирту зазвичай використовували ртуть, оскільки вона також розширюється лінійно. Однак з 1970-х років це більше не поширене, а в ЄС і зовсім заборонено,оскільки ртуть є токсичною речовиною.
Додаткова інформація для вчителів (1/3)
Попередні знання
Учні мають бути ознайомлені з принципом роботи та використанням бутанового пальника.
Принцип
Рідини розширюються при підвищенні температури. У цьому експерименті цю залежність можна дослідити на прикладі води. Для цього постійно нагрівають водяну баню і вимірюють рівень води в зануреній у неї скляній трубці. Таким чином, демонструється, що збільшення об'єму відбувається при підвищенні температури.
Додаткова інформація для вчителів (2/3)
Мета навчання
Учні мають з'ясувати, що рідини розширюються при підвищенні температури. Потім вони мають зрозуміти, як застосовуються рідинні термометри і як вони працюють. Як доповнення, за допомогою додаткового завдання може бути введений коефіцієнт об'ємного розширення рідини.
Завдання
Наскільки змінюється об'єм води під час нагрівання?
Нагрійте певну кількість води та виміряйте зміну об'єму.
Додаткова інформація для вчителів (3/3)
Додаткова інформація
Як додаткове завдання, коефіцієнт об'ємного розширення за різних температур можна обчислитиза формулою. Розширення води не є лінійним і отриманий коефіцієнт не буде постійним. Під час розрахунку коефіцієнта об'ємного розширення при 50 °C зверніть увагу, що температуру та об'єм при 50 °C необхідно розглядати як початкові значення.
Визначте коефіцієнт об'ємного розширення для води при початковій температурі , використовуючи значення при 30 °C.
Визначте коефіцієнт об'ємного розширення води при температурі 50 °C. Використовуйте виміряні значення при 50 °C і 60 °C. (Увага: який зараз об'єм ?)
Якщо необхідно показати рідину з лінійним тепловим розширенням, рекомендується використовувати спирт. Однак він легко горить, тому експерименти слід проводити дуже обережно.
Інструкції з техніки безпеки
Для цього експерименту застосовуються загальні інструкції щодо безпечного проведення експериментів під час викладання природничих наук.
Інформація для учнів
Мотивація
Термометр
Термометри, як показано на малюнку, показують температуру навколишнього середовища. Коли стає тепліше, маленький стовпчик термометра піднімається вгору, а коли холодніше - опускається вниз.
За допомогою цього експерименту Ви дізнаєтеся, чому температуру можна виміряти таким чином і як працює термометр.
Завдання
Наскільки змінюється об'єм води під час її нагрівання?
Нагрійте відміряну кількість води та виміряйте зміну об'єму.
Експериментальна установка
Обладнання
| Позиція | Матеріал | Пункт №. | Кількість |
|---|---|---|---|
| 1 | Основа штатива, PHYWE | 02001-00 | 1 |
| 2 | Штативний стрижень, нерж. ст., l=600 мм, d = 10 мм | 02037-00 | 1 |
| 3 | Подвійна муфта | 02043-00 | 1 |
| 4 | Кільце із затискачем, внутр. діам. 10 см | 37701-01 | 1 |
| 5 | Дротяна сітка з керамікою, 160 x 160 мм | 33287-01 | 1 |
| 6 | Універсальний затискач | 37715-01 | 1 |
| 7 | Мензурка, низька, 250 мл | 46054-00 | 1 |
| 8 | Колба Ерленмейера, 100 мл, SB 29 | MAU-EK17082301 | 1 |
| 9 | Скляні трубки, d=8 мм, l=250 мм, 10 шт. | MAU-16074544 | 1 |
| 10 | Піпетка, з гумовим ковпачком | 64701-00 | 1 |
| 11 | Гумова пробка, d=32/26 мм, з 2 отворами по 7 мм | 39258-02 | 1 |
| 12 | Навчальний термометр, -10...+110 °C | 38005-10 | 1 |
| 13 | Рулетка, l=2 м | 09936-00 | 1 |
| 14 | Мірний циліндр, 100 мл, прозорий, PP | 36629-01 | 1 |
| 15 | Бутановий пальник Labogaz 206 | 32178-00 | 1 |
| 16 | Бутановий картридж, без вентиля, 190 г | 47535-01 | 1 |
| 17 | Гліцерин, 250 мл | 30084-25 | 1 |
Підготовка (1/2)
Зберіть експериментальну установку, як показано на рисунках зліва направо.
Підготовка (2/2)
- Вставте термометр в гумову пробку з 2 отворами так, щоб занурювальний стрижень виступав майже повністю.
- Вставте довгу скляну трубку в пробку, так щоб вона знаходилась на одному рівні з дном пробки.
Виконання роботи (1/2)
- Наповніть колбу Ерленмейєра відміряною кількістю (мірний циліндр!) холодної води так, щоб вода була приблизно на 0,5 см нижчою за край, і запишіть об'єм .
- Закрийте колбу Ерленмейєра пробкою. Вода не повинна виливатися! Під пробкою не повинно бути повітря.
- Відзначте рівень води фломастером.
Виконання роботи (2/2)
- Помістіть колбу Ерленмейєра в мензурку об'ємом 250 мл та закріпіть її універсальним затискачем так, щоб вона була занурена якомога глибше.
- Повністю заповніть мензурку водою.
- Виміряйте початкову температуру води води та запишіть її.
- Нагрійте воду на слабкому вогні. Виміряйте зміну рівня води при 25°C, 30°C і т.д. і запишіть її до таблиці в протоколі.
Протокол
Завдання 1
Запишіть початковий об'єм і початкову температуру .
Потім запишіть свої виміряні значення для у таблицю на наступній сторінці.
Обчисліть різницю температур за виміряними значеннями і зміну об'єму , де = 0,5 см - внутрішній діаметр скляної трубки.
Побудуйте графік зміни об'єму (вісь ) залежно від зміни температури (вісь ).
V_0 , мл
T_0, °C
Завдання 2
T , °C
T в °C
T в °C
T в °C
T в °C
\Delta l, см
\Delta l в см
\Delta l в см
\Delta l в см
\Delta l в см
\Delta T , °C
\Delta T в °C
\Delta T в °C
\Delta T в °C
\Delta T в °C
\Delta V , см^3
\Delta V в см^3
\Delta V в см^3
\Delta V в см^3
\Delta V в см^3
T , °C
T в °C
T в °C
T в °C
T в °C
\Delta l , см
\Delta l в см
\Delta l в см
\Delta l в см
\Delta l в см
\Delta T , °C
\Delta T в °C
\Delta T в °C
\Delta T в °C
\Delta T в °C
\Delta V , см^3
\Delta V в см^3
\Delta V в см^3
\Delta V в см^3
\Delta V в см^3
Завдання 3
Питання
Завдання 4
Питання
Завдання 5
Питання