Інформація для вчителів
Опис
Експериментальна установка
Нагрівання рідин або газів приводить до виникнення теплового потоку, оскільки нагріте середовище має меншу густину, ніж холодне, і тому піднімається вгору. У закритих приміщеннях це може спричинити циркуляцію.
Цей принцип використовується, наприклад, для опалення. Обігрівачі зазвичай встановлюються на холодних зовнішніх стінах. Тут тепле нагріте повітря піднімається вгору і завдяки циркуляції рівномірно прогріває приміщення.
За допомогою цього експерименту учні дізнаються про теплові потоки в рідинах і газах.
Додаткова інформація для вчителів (1/3)
Попередні знання
Учні повинні вміти користуватися бутановим пальником або спиртівкою.
Принцип
Спочатку нагрівають підфарбовану харчовим барвником воду, щоб спостерігати за тепловими потоками у воді. Потім за допомогою пальника та спіралі демонструється рух повітря вгору.
Додаткова інформація для вчителів (2/3)
Мета навчання
Учні мають розуміти, що нагрівання рідини або газу створює потік (конвекцію), оскільки нагріте середовище має меншу густину, ніж холодне, і тому піднімається вгору. У закритих системах це призводить до циркуляції. Теплова енергія переноситься внаслідок конвекції.
Завдання
- Спостерігайте за поведінкою води під час нагрівання.
- Спостерігайте за поведінкою повітря під час його нагрівання.
Додаткова інформація для вчителів (3/3)
Примітки
- Для фарбування води слід використовувати лише кілька крупинок харчового барвника. Зерна поступово розчиняються і створюють тонку кольорову структуру. Якщо використовувати занадто багато харчового барвника, вода буде рівномірно забарвлюватися дуже швидко, і потік більше не можна буде спостерігати.
- Існує шаблон для паперової спіралі.
- Паперова спіраль повинна висіти над пальником на висоті не менше 15 см.
- Необхідно забезпечити захист експериментальної установки від протягів.
Перша частина експерименту може бути проведена за допомогою циркуляційної трубки (№ 04510-01).
Інструкції з техніки безпеки
Для цього експерименту застосовуються загальні інструкції щодо безпечного проведення експериментів під час викладання природничих наук.
Інформація для учнів
Мотивація
Радіатор
Обігрівачі зазвичай розміщуються на зовнішніх стінах. Якщо їх увімкнути, то через деякий час прогріється вся кімната. Причиною цього є конвекція - теплові потоки в повітрі.
Це явище також можна спостерігати зі свічками, якщо дивитися на повітря безпосередньо над полум'ям.
У цьому експерименті учні мають вивчити тепловий потік у рідинах і газах.
Завдання
Експеримент частина 2
- Спостерігайте за поведінкою води під час нагрівання.
- Спостерігайте за поведінкою повітря під час його нагрівання.
Експеримент частина 1
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 | Універсальний затискач | 37715-01 | 1 |
| 5 | Мензурка, низька, 250 мл | 46054-00 | 1 |
| 6 | Ложка-шпатель, пластмаса | 38833-00 | 1 |
| 7 | Волосінь, d=0,7 мм, l=5 м | 02089-01 | 1 |
| 8 | Бутановий пальник Labogaz 206 | 32178-00 | 1 |
| 9 | Бутановий картридж, без вентиля, 190 г | 47535-01 | 1 |
| 10 | Гліцерин, 250 мл | 30108-25 | 1 |
Підготовка (1/2)
Зберіть експериментальну установку, як показано на рисунках.
Підготовка (2/2)
- Налийте в мензурку приблизно 200 мл води.
- Обережно закріпіть її в універсальному затискачі.
Виконання роботи (1/3)
- Опустіть кілька крупинок харчового барвника у воду біля краю мензурки.
- Помістіть пальник з невеликим полум'ям трохи збоку під мензуркою (див. рис. праворуч).
- Спостерігайте за тим, як забарвлена вода нагрівається, і запишіть свої спостереження в протокол.
Виконання роботи (2/3)
Роздрукуйте шаблон "Спіраль". Виріжте спіраль, прив'яжіть шматок нитки (приблизно 20-30 см) з вузлом на одному кінці та протягніть цю нитку через отвір у спіралі.
Виконання роботи (3/3)
- Підвісьте спіраль приблизно на 15-20 см над пальником.
- Запаліть невеликий вогонь.
- Запишіть свої спостереження.
Протокол
Завдання 1
Питання
Питання
Завдання 2
Намалюйте мензурку з водою та полум'я. Позначте, у яких точках вода піднімається й опускається, коли вона нагрівається полум'ям.
Вставте слова в тексті в потрібне місце! ____ вода має меншу густину, ніж ____ (див. експеримент "Теплове розширення води"), тож вона піднімається вгору. Оскільки замкнута система мензурки прозора, то можна побачити, що існує ____, оскільки холодна вода надходить ____. Тепле повітря має меншу ____, ніж холодне, тому воно піднімається і приводить паперову спіраль у рух.
Завдання 3
Додаткове завдання
Вставте слова в тексті! У разі опалення гарячою водою без насоса (гравітаційна система опалення), система повинна бути побудована таким чином, щоб до всіх радіаторів надходив ____ або горизонтальний потік ____ води. Такі обігрівачі зазвичай розташовуються на ____ стіні приміщень. Біля зовнішньої стіни в приміщенні холодніше, ніж усередині. Холодне повітря ____, і приміщення рівномірно прогрівається завдяки ____. В іншому випадку внутрішні стіни і стеля будуть ____, а зовнішні стіни і підлога - ____.