Інформація для вчителів
Застосування
Схема досліду
Різні кількості води нагрівають нагрівною спіраллю за сталої потужності в калориметрі. Вибрані кількості води узгоджені з розміром калориметра (100 мл, 150 мл, 200 мл) і перебувають у простих відношеннях між собою, тож стає очевидним:
Що більше води, то повільніше підвищується температура. За однакової потужності нагрівання швидкість підвищення температури обернено пропорційна до кількості води.
Інша інформація для вчителя (1/4)
Попередні знання
Учні мають бути обізнані з основними поняттями термодинаміки і температури.
Принцип
У цьому досліді різні кількості води нагрівають зі сталою енергією і стежать за їхньою температурою за допомогою датчика тепла.
На цій основі роблять висновки про поведінку температури у зв'язку із заданою кількістю води.
Інша інформація для вчителя (2/4)
Навчальна мета
Учні дізнаються, наскільки зміна температури води залежить від її кількості.
Завдання
Нагрій різні кількості води електричною нагрівною спіраллю і виміряй підвищення температури залежно від часу.
Інша інформація для вчителя (3/4)
Вказівки щодо збирання і виконання
- Коли вмикають напругу нагрівання 12 В, нагрівна спіраль має бути занурена у воду, бо інакше вона перегорить.
- Щоб початкові температури були приблизно однакові, як запасну посудину для води кімнатної температури використовують колбу Ерленмеєра на 250 мл.
- Воду в калориметрі треба постійно перемішувати, щоб вийшла гарна гладка крива вимірювання.
- Підвищення температури не слід брати набагато більшим, бо інакше даються взнаки втрати тепла через неповну ізоляцію калориметра.
Інша інформація для вчителя (4/4)
Рисунок поряд показує приклад перебігу температури для різних кількостей води за допомогою іншого програмного забезпечення, щоб унаочнити ці залежності.
Правила безпеки
Для цього досліду діють загальні вказівки щодо безпечного експериментування на уроках природничих наук.
Увага!
Нагрівна спіраль має бути у воді, коли до неї прикладають напругу 12 В. Інакше вона може перегоріти!
Інформація для учнів
Мотивація
Вода, що кипить
Це перший спекотний день у році, і щоб потім освіжитися, я набираю воду в надувний басейн на сонці. Тоді як пополудні це, сподіваюся, буде більш-менш приємно, у кар'єрному озері за рогом вода ще надто холодна.
Це через те, що кількість води, яку має нагріти сонце, у моєму надувному басейні набагато менша, ніж у кар'єрному озері.
Який зв'язок між кількістю води і потрібним часом на нагрівання - ти тепер дослідиш у цьому досліді.
Завдання (1/2)
Для вимірювання датчиками Cobra SMARTsense потрібен PHYWE measureAPP. Застосунок можна безкоштовно завантажити у відповідному магазині застосунків (QR-коди див. нижче). Перед запуском застосунку перевір, чи ввімкнено на твоєму пристрої (смартфон, планшет, настільний ПК) Bluetooth.
iOS
Android
Windows
Завдання (2/2)
Схема установки
Як залежить час, потрібний на нагрівання води, від кількості води, якщо є певне джерело нагрівання?
Нагрій різні кількості води електричною нагрівною спіраллю і виміряй підвищення температури залежно від часу.
Обладнання
| Позиція | Обладнання | Артикул | Кількість | 1 | Кришка для навчального калориметра | 04404-01 | 1 | 2 | Стрижень - мішалка | 04404-10 | 1 | 3 | Нагрівальна котушка з гніздами | 04450-00 | 1 | 4 | Фетр, листовий, 100x100 мм | 04404-20 | 2 | 5 | Мензурка, низька, 250 мл | 46054-00 | 1 | 6 | Мензурка, низька, 400 мл | 46055-00 | 1 | 7 | Колба Ерленмейера, широкогорла, 250 мл | 46152-00 | 1 | 8 | Мірний циліндр, 100 мл, прозорий, PP | 36629-01 | 1 | 9 | Піпетка, з гумовим ковпачком | 64701-00 | 1 | 10 | З'єднувальний провідник, 500 мм, синій | 07361-04 | 2 | 11 | PHYWE Джерело живлення пост. струм: 0...12 В, 2 A / змін. струм: 6 В, 12 В, 5 A | 13506-93 | 1 | 12 | Cobra SMARTsense - температура, −40 … 125 °C (Bluetooth) | 12903-00 | 1 | 13 | measureAPP - безкоштовне вимірювальне програмне забезпечення для всіх пристроїв | 14581-61 | 1 |
|---|
Складання
Рисунок 1
Схему досліду наведено на рис. 1.
1. З двох хімічних стаканів (250 мл і 400 мл) та двох повстяних пластин склади теплоізолювальну посудину (калориметр). Найкраще постав повстяні пластини до стінки більшого стакана, а потім встав усередину менший стакан.
2. Обережно засунь нагрівну спіраль у проріз у кришці калориметра.
3. Просунь мішалку знизу крізь відповідний отвір у кришці. Стеж за тим, щоб блок живлення був іще вимкнений.
Виконання (1/5)
1. Увімкни свій датчик Cobra SMARTsense Temperature. Відкрий застосунок «measure» і вибери датчик температури.
2.Перейди у вікно діаграми .
3. Вибери в налаштуваннях частоту опитування 1 Гц і ввімкни повторне вимірювання.
4.Наповни колбу Ерленмеєра водою (запасна посудина з однаковою початковою температурою). Стеж за тим, щоб поповнювати запас води, аби температури встигали вирівнятися.
5. Відміряй із неї спершу 100 мл мірним циліндром (точне відмірювання за допомогою піпетки) і налий цю воду в калориметр.
Виконання (2/5)
6. Поклади кришку з нагрівною спіраллю і мішалкою на калориметр і просунь датчик температури крізь отвір у кришці, що лишився, настільки, щоб він занурювався у воду, але не торкався дна.
7.Під'єднай нагрівну спіраль з'єднувальними провідниками до виходу змінної напруги 12 В~ (блок живлення вимкнений!).
8. Зачекай, доки показ температури не стане сталим.
9.Одночасно запусти запис виміряних значень у застосунку measure і ввімкни блок живлення. Щосекунди записуватиметься одне значення температури.
10. Під час вимірювання ретельно перемішуй воду в калориметрі, щоб тепло розподілялося рівномірно. Починай перемішувати одразу після початку вимірювання. За звуком, який виникає на нагрівній спіралі, ти можеш визначити, чи достатньо перемішуєш.
Виконання (3/5)
11. Заверши вимірювання через 200 с і збережи його.
12.Знову вимкни блок живлення!
13. Зачекай, доки показ температури не стане сталим.
14.Повтори дослід зі 150 мл і з 200 мл води. Для цього сполосни хімічний стакан холодною водою і витри його.
Можливо, потрібно буде, щоб вимірювання тривало довше за 200 с, якщо вода ще не нагрілася більш ніж на 10 °C порівняно з початковою температурою.
Найкраще після 2-го і 3-го вимірювання зроби знімок екрана свого вікна вимірювання, щоб краще порівняти окремі криві вимірювання.
Виконання (4/5)
15. Оціни, як час нагрівання залежить від кількості води. Це ти можеш дуже просто зчитати зі свого багаторазового вимірювання, порівнюючи щоразу поточне вимірювання з попереднім.
16.З кривих вимірювання ти можеш зчитати, скільки часу минає, доки буде досягнуто підвищення температури на 10 °C, скориставшись у режимі діаграми функцією «Вимірювання» застосунку.
17. Внеси час у протоколі в таблицю завдання 1.
Виконання (5/5)
Приклад вимірювання
Протокол
Завдання 1
Внеси свої значення часу в цю таблицю.
100
150
200
Завдання 2
Питання
Завдання 3
Вставте слова в тексті. Температура описує середню ____ молекул. Чим більше є ____, тим більше енергії потрібно, щоб підвищити середні швидкості. При цьому питома ____ описує, скільки енергії потрібно, щоб нагріти воду на один кельвін. Це ____. Отже, швидкість зміни температури спадає лінійно з кількістю ____.
Завдання 4
Питання