Інформація для вчителя
Інформація для вчителів
Опис
Рис. 1 Експериментальна установка
Різні рідини нагріваються з різною швидкістю. Причиною цього є різна питома теплоємність рідин.
У цьому експерименті порівнюють воду і гліцерин. Учні розуміють, що гліцерин можна нагріти швидше. Виконуючи додаткові завдання, вони роблять висновок, що вода має більшу питому теплоємність.
Отримані знання можна застосувати на практиці, наприклад, коли доводимо до кипіння молоко, воду чи олію.
Додаткова інформація для вчителів (1/4)
Попередні знання
Учні повинні вміти збирати просту електричну схему та вимірювати температуру за допомогою термометра.
Для виконання додаткових завдань необхідно, щоб учні вже знали поняття теплоємності.
Принцип
У калориметрі нагрівають воду і гліцерин. Учні розуміють, що гліцерин нагрівається швидше, ніж вода, і що не всі рідини можна нагріти однаково добре.
Додаткова інформація для вчителів (2/4)
Мета навчання
Учні повинні засвоїти, що для різних рідин підвищення температури за однакових умов відбувається по-різному.
Завдання
Нагрійте по 100 г води та гліцерину за допомогою електричної нагрівальної спіралі та виміряйте зростання температури в залежності від часу.
Додаткова інформація для вчителів (3/4)
Додаткова інформація
У серії випробувань маса рідин і потужність нагрівання залишаються постійними, тому специфікацію теплоємності не можна подати в абсолютному вираженні, але її можна подати по відношенню до води. Рідини нагріваються за допомогою нагрівальної спіралі, щоб гарантувати, що всі серії випробувань проводяться з однаковою тепловою потужністю. Якби в якості нагрівача використовувався бутановий пальник з постійним полум'ям, ця умова була б виконана лише частково, оскільки температура, наприклад, кільця штатива, підставки з дротяної сітки і склянки також впливають на результат вимірювання.
Вказівки до завдань
Додаткове завдання: Нагрівання рідини описується формулою . Маса і питома теплоємність є постійними в обох серіях випробувань. Тому для порівняння заданих питомих теплоємнотей необхідно знати час нагрівання ("підведення тепла") при певному підвищенні температури .
Додаткова інформація для вчителів (4/4)
Примітки
- Щоб 100 г кожної з рідин можна було легко відміряти за допомогою градуйованого циліндра, наведено густину та відповідний об'єм 100 г.
- Гліцерин не слід виливати, його необхідно зібрати після використання і повторно використовувати в наступних експериментах.
- Рідини нагрівають з напругою нагрівання близько 6 В, оскільки повільне нагрівання дає кращі результати. Крім того, рідину в калориметрі слід регулярно перемішувати.
- При зчитуванні показань термометра слід також враховувати проміжні значення 0,5 °C.
- Оскільки гліцерин дуже гігроскопічний, вміст води у використовуваному гліцерині може бути високим. Отже, визначена теплоємність відхиляється від значення для чистого гліцерину.
Інструкції з техніки безпеки
- Для цього експерименту застосовуються загальні інструкції щодо безпечного проведення експериментів під час викладання природничих наук.
Інформація для учнів
Мотивація
Рис. 2 Кипляча вода
Під час приготування їжі часто потрібно підігрівати різні рідини. Наприклад, воду для чаю або молоко для гарячого шоколаду. Якщо потрібно приготувати обидва напої і подати їх одночасно, важливо знати, чи можна нагріти обидві рідини однаково швидко.
У цьому експерименті Ви дізнаєтеся, що нагрівається швидше - вода чи гліцерин, і від чого це залежить.
Завдання
Чи є особливості при нагріванні рідин?
Нагрійте по 100 г води та гліцерину за допомогою електричної нагрівальної спіралі та виміряйте зростання температури в залежності від часу.
Рис. 3 Експериментальна установка
Матеріал
| Позиція | Матеріал | Пункт №. | 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, 100 мл, пластмаса | 36011-01 | 1 |
| 6 | Мензурка, низька, 250 мл | 46054-00 | 1 |
| 7 | Мензурка, низька, 400 мл | 46055-00 | 1 |
| 8 | Піпетка, з гумовим ковпачком | 64701-00 | 1 |
| 9 | Мірний циліндр, 100 мл, прозорий, PP | 36629-01 | 1 |
| 10 | Навчальний термометр, -10...+110 °C | 38005-10 | 1 |
| 11 | Секундомір, цифровий, 24 години, 1/ 100 с та 1 с | 24025-00 | 1 |
| 12 | З'єднувальний провідник, 500 мм, синій | 07361-04 | 2 |
| 13 | PHYWE Джерело живлення пост. струм: 0...12 В, 2 A / змін. струм: 6 В, 12 В, 5 A | 13506-93 | 1 |
| 14 | Гліцерин, 250 мл | 30084-25 | 1 |
Підготовка (1/2)
- Зберіть теплоізоляційну посудину (калориметр) з двох склянок (250 мл і 400 мл) і двох повстяних (фетрових) пластин.
- Обережно вставте нагрівальну спіраль у проріз на кришці калориметра.
Підготовка (2/2)
- Встановіть термометр ( 8 мм) і паличку для перемішування (5 мм) через відповідні отвори в кришці.
- Переконайтеся, що блок живлення все ще вимкнений.
Виконання роботи (1/2)
Наповніть пластмасову ємність водою. Відміряйте 100 мл води у мірний циліндр (точне вимірювання за допомогою піпетки) і залийте її в калориметр. Закрийте калориметр кришкою з нагрівальною спіраллю, термометром і паличкою для перемішування.
Виконання роботи (2/2)
Рис. 4. Блок живлення з нагрівальною спіраллю
- Підключіть нагрівальну спіраль за допомогою з'єднувальних провідників до виходу 6 В змінного струму (блок живлення вимкнений!).
- Виміряйте початкову температуру води і занесіть її в таблицю 1 протоколу в момент часу t = 0 хв.
- Одночасно увімкніть блок живлення та секундомір.
- Виміряйте температуру води через 1, 2, 3, 4 і 5 хв. Перед вимірюванням обережно перемішайте і запишіть виміряні значення в таблицю 1.
- Знову вимкніть блок живлення.
- Повторіть експеримент зі 100 г (79,4 мл) гліцерину. Промийте калориметр у холодній воді та висушіть його.
Протокол
Завдання 1
Запишіть отримані значення температури води та гліцерину в таблицю.
Вода
Гліцерин
Вода
Гліцерин
, хв
0
1
2
T, °C
T в °C
T в °C
T, °C
T в °C
T в °C
в хв
3
4
5
T, °C
T в °C
T в °C
T, °C
T в °C
T в °C
Завдання 2
Знайдіть підвищення температури для обох рідин (тобто різницю температур від відповідної початкової температури) і запишіть їх до таблиці. Потім внесіть ці значення на діаграму - , відкладаючи по осі абсцис.
Вода
Гліцерин
Вода
Гліцерин
, хв
0
1
2
\Delta T, °C
\Delta T в °C
\Delta T в °C
\Delta T, °C
\Delta T в °C
\Delta T в °C
\Delta T, °C
в хв
3
\Delta T в °C
4
\Delta T в °C
5
\Delta T, °C
\Delta T в °C
\Delta T в °C
Завдання 2
На рис. 5 показано приклад температурної кривої води (об'єм 100 мл) протягом 5 хвилин.
Завдання 3
Питання
Завдання 4
Питання
Додаткове завдання 1/2
Тепло подається до рідини через нагрівальну спіраль. Чим довший час нагрівання, тим більша кількість теплоти підводиться.
- Визначте час нагрівання обох рідин з діаграми в завданні 2 , необхідний для підвищення температури на 5 °C, і запишіть значення в таблицю.
- Ця різниця в часі нагрівання (підведення тепла) позначається терміном "питома теплоємність" рідини. Розрахуйте відношення часу нагрівання гліцерину до часу нагрівання води і занесіть це значення в таблицю. Це дасть Вам змогу порівняти питомі теплоємності рідин.
Вода
t, хв
Відношення
Гліцерин
t, хв
Відношення
Додаткове завдання 2/2
Відношення часу нагрівання дорівнює відношенню питомих теплоємностей:
і - час нагрівання гліцерину і води відповідно, та і - питомі теплоємності для гліцерину та води відповідно.
Ви можете дослідити питомі теплоємності гліцерину і води або взяти їх з надійних джерел, а потім обчислити співвідношення. Потім можна ввести значення в таблицю, щоб отримати порівняння питомих теплоємностей рідин.
Зверніть увагу, що питома теплоємність може залежати від температури і на неї можуть впливати різні фактори, тому значення можуть дещо відрізнятися.
Додаткове завдання 2
Вставте слова в тексті! Можна зробити висновок: ____ має більшу питому теплоємність, ніж ____. Як приклад застосування питомої теплоємності в природі: вода в озері для купання ____ дуже повільно протягом дня. Увечері, коли повітря ____, вода в озері часто буває теплішою за ____.