Інформація для вчителів
Застосування
Схема досліду
Тут треба опрацювати залежність поглинання теплоти рідиною від її питомої теплоємності. Оскільки абсолютні теплоємності залежать від густини, питомі теплоємності розрізняють щодо об'єму, кількості речовини або маси.
Питомі теплоємності газів і твердих тіл щодо маси відрізняються не дуже сильно, а щодо об'єму - навпаки, дуже сильно.
Інша інформація для вчителя (1/4)
Попередні знання
Учні мають бути обізнані з основними поняттями термодинаміки і температури.
Принцип
У цьому досліді різні рідини нагрівають сталою енергією і за допомогою датчика температури спостерігають за їхньою температурою.
На основі цього роблять висновки про поведінку температури у зв'язку з досліджуваною речовиною.
Інша інформація для вчителя (2/4)
Навчальна мета
Учні дізнаються, наскільки зміна температури залежить від використаної речовини.
Завдання
Нагрій по 100 г і 100 мл води та гліцерину електричною нагрівальною спіраллю і виміряй підвищення температури залежно від часу.
Інша інформація для вчителя (3/4)
Вказівки щодо збирання установки та виконання
- Для відмірювання використаної кількості можна було б застосувати й ваги - проте користуватися мірним циліндром простіше, і тут це достатньо точно.
- Гліцерин не слід виливати: після використання його треба зібрати і застосувати повторно в подальших дослідах.
- Перемішування особливо важливе для в'язкішого гліцерину - найкраще починати перемішувати ще до початку вимірювання.
- Якщо є магнітна мішалка, рекомендується скористатися нею, щоб забезпечити рівномірний розподіл тепла.
- Слід використовувати лише меншу потужність нагрівання при 6 В~, щоб похибки вимірювання через поганий розподіл тепла і втрати на ізоляції калориметра не відігравали великої ролі.
Інша інформація для вчителя (4/4)
Рисунок поруч є зразковим зображенням цих залежностей. Коливання у вимірюванні спричинені нерівномірним перемішуванням. Червона - крива для гліцерину (100 г), зелена - гліцерину (100 мл), синя - води (100 мл).
Правила безпеки
Для цього досліду діють загальні вказівки щодо безпечного експериментування на уроках природничих наук.
Увага!
Нагрівальна спіраль має перебувати в рідині, перш ніж вмикати блок живлення!
Інформація для учнів
Мотивація
Вода, що кипить
На кухні готують вечерю. Мають бути макарони, а на сковороді треба нагріти олію для смаження. Тепер добре було б знати, чи однаково нагріваються рідини і яку конфорку треба ввімкнути першою, якщо страви мають бути готові приблизно одночасно.
Для цього можна дослідити на прикладі води та гліцерину, як поводяться різні рідини за однакової потужності нагрівання.
Завдання
Схема установки
Чи є відмінності в нагріванні рідин?
Чи потрібен різним рідинам однаковий час, щоб нагрітися за заданого нагрівання?
Нагрій по 100 г і 100 мл води та гліцерину електричною нагрівальною спіраллю і виміряй підвищення температури залежно від часу.
Обладнання
| Позиція | Обладнання | Артикул | Кількість |
|---|---|---|---|
| 1 | Cobra SMARTsense - температура, −40 … 125 °C (Bluetooth) | 12903-00 | 1 |
| 2 | Кришка для навчального калориметра | 04404-01 | 1 |
| 3 | Стрижень - мішалка | 04404-10 | 1 |
| 4 | Нагрівальна котушка з гніздами | 04450-00 | 1 |
| 5 | Фетр, листовий, 100x100 мм | 04404-20 | 2 |
| 6 | Мензурка, низька, 100 мл, пластмаса | 36011-01 | 1 |
| 7 | Мензурка, низька, 250 мл | 46054-00 | 1 |
| 8 | Мензурка, низька, 400 мл | 46055-00 | 1 |
| 9 | Мірний циліндр, 100 мл, прозорий, PP | 36629-01 | 1 |
| 10 | Піпетка, з гумовим ковпачком | 64701-00 | 1 |
| 11 | З'єднувальний провідник, 500 мм, синій | 07361-04 | 2 |
| 12 | PHYWE Джерело живлення пост. струм: 0...12 В, 2 A / змін. струм: 6 В, 12 В, 5 A | 13506-93 | 1 |
| 13 | Гліцерин, 250 мл | 30084-25 | 1 |
| 14 | measureAPP - безкоштовне вимірювальне програмне забезпечення для всіх пристроїв | 14581-61 | 1 |
Складання (1/3)
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
Складання (2/3)
Рисунок 1
Схему установки наведено на рис. 1.
1. Склади з двох мензурок (250 мл і 400 мл) і двох повстяних пластин теплоізолювальну посудину (калориметр).
2. Обережно всунь нагрівальну спіраль у проріз у кришці калориметра.
3. Просунь мішалку знизу крізь відповідний отвір у кришці.
4. Простеж, щоб блок живлення був іще вимкнений.
Складання (3/3)
Вказівка:
У цьому досліді треба нагріти по 100 г і 100 мл різних рідин. Густину рідин можна вважати відомою. За допомогою наведеної нижче таблиці ти можеш визначити потрібний об'єм:
| Рідина | Густина | Маса | Об'єм |
| Вода | 1,00 г/мл | 100 г | 100 мл |
| Гліцерин | 1,26 г/мл | 100 г | 79,4 мл |
Отже, для води треба виконати лише одне вимірювання, бо у води об'єм 100 мл якраз відповідає масі 100 г.
Виконання (1/3)
1. Увімкни свій датчик температури Cobra SMARTsense. Відкрий застосунок "measure" і вибери датчик температури.
2.Наповни пластмасову мензурку водою.
3. Постав кришку з нагрівальною спіраллю і мішалкою на калориметр і просунь датчик температури крізь отвір, що залишився в кришці, настільки, щоб він занурювався у воду, але не торкався дна.
4.Під'єднай нагрівальну спіраль з'єднувальними проводами до виходу змінної напруги 6 В~ (блок живлення вимкнений!).
5. Перемішуй і зачекай, доки показ температури не стане сталим.
Виконання (2/3)
6. Потім установи температуру на 0, вибравши налаштування "Обнулити". У цьому досліді тебе цікавлять не абсолютні температури, а лише різниця температур відносно початкової температури.
7.Одночасно запусти запис вимірювань у застосунку і ввімкни блок живлення.
8. Під час вимірювання ретельно перемішуй рідину в калориметрі, щоб тепло розподілялося рівномірно. Починай перемішувати одразу після початку вимірювання.
9.Заверши вимірювання приблизно через 250 с і збережи його для подальшого опрацювання.
10. Блок живлення знову вимкнути!
Виконання (3/3)
11. Повтори дослід зі 100 г гліцерину, що відповідає 79,4 мл, а також зі 100 мл гліцерину, який можна відміряти так само, як перед тим воду.
12. Перед наливанням гліцерину сполосни мензурку холодною водою, витри насухо мензурку, мірний циліндр і пластмасову мензурку.
13. Виклич своє вимірювання знову. Перенеси кожне 10-те значення до таблиці вимірювань у протоколі (до 200 с), щоб можна було краще порівняти графіки. Усі криві мають бути приблизно лінійними з різними нахилами.
Протокол
Завдання 1 (1/3)
Внеси свої виміряні значення різниці температур у до цієї таблиці.
Вода (100 мл)
Гліцерин (100 г / 79,4 мл)
Гліцерин ( 100 мл)
Час у
10
20
30
40
50
60
Завдання 1 (2/3)
Час у
Вода (100 мл)
Гліцерин (100 г / 79,4 мл)
Гліцерин ( 100 мл)
70
80
90
100
110
120
130
Завдання 1 (3/3)
Час у
Вода (100 мл)
Гліцерин (100 г / 79,4 мл)
Гліцерин ( 100 мл)
70
80
90
100
110
120
130
Завдання 2
Питання
Завдання 3
Перетягни слова у правильні поля! ____ C описує енергію, потрібну, щоб нагріти один кілограм речовини на один ____. Це є ____. Якщо треба визначити енергію, потрібну для нагрівання певної ____ речовини, то теплоємність C ділять на його ____ m і дістають питому теплоємність c.
Завдання 4
Питання
Температура 100 г гліцерину відрізняється від температури 100 мл гліцерину. Це явище пояснюють тим, що 100 г гліцерину і 100 мл гліцерину мають дві різні маси.
Через це різняться їхні питомі теплоємності, і менший за масою зразок нагрівається швидше.