Інформація для вчителів
Застосування
Питома теплоємність задає коефіцієнт пропорційності між підведеною теплотою і спричиненою нею зміною температури тіла.
Це стала величина, залежна від матеріалу, за якою можна прямо порівнювати, скільки теплоти здатна накопичити речовина.
У цьому досліді учні визначають питому теплоємність води.
Схема досліду
Інша інформація для вчителя (1/5)
Попередні знання
Учні мають уміти скласти просте електричне коло і знімати покази з термометра та багатофункціонального вимірювального приладу.
Принцип
Відміряну кількість води нагрівають нагрівальною спіраллю. Визначають електричну потужність нагрівання. З підвищення температури та енергії нагрівання обчислюють питому теплоємність води.
Інша інформація для вчителя (2/5)
Навчальна мета
За допомогою цього досліду учні опановують, як визначають питому теплоємність.
Завдання
Нагрійте 200 мл води нагрівальною спіраллю. Виміряйте підвищення температури залежно від часу і визначте потужність нагрівальної спіралі.
Інша інформація для вчителя (3/5)
Додаткова інформація
З підвищення температури та енергії нагрівання обчислюють питому теплоємність води. Це обчислення виконують у завданні 5 як середнє значення окремих вимірювань. Цей пункт опрацювання можна пропустити і натомість скористатися методом із додаткового завдання. Там питому теплоємність визначають із графічного подання результатів вимірювань. Крім того, це значення ще коригують, ураховуючи теплоємність калориметра.
Вказівки
- У багатофункціонального вимірювального приладу, аналогового (07028.01) є окреме вхідне гніздо для діапазону вимірювання 10 A.
- Коли ввімкнено напругу нагрівання 12 В, нагрівальна спіраль має бути занурена у воду, інакше вона перегорить.
Інша інформація для вчителя (4/5)
Подальші вказівки
- Воду в калориметрі треба регулярно перемішувати, а знімаючи покази термометра, слід оцінювати й проміжні значення 0,5°C.
- Визначення потужності в нагрівальній спіралі одним вимірювальним приладом:
- У тексті для учнів пропонується записати зазначену вихідну напругу блока живлення.
- Якщо напругу на нагрівальній спіралі теж треба виміряти, це має відбуватися після виконання досліду і за під'єднаної нагрівальної спіралі (рис. 1, інша інформація для вчителя 5/5). Нагрівальна спіраль при цьому має бути занурена у воду! Однак виміряне так значення не відповідає точно тій напрузі, яка фактично була на нагрівальній спіралі під час виконання досліду, бо спад напруги на амперметрі становить прибл. 0,2 В.
Інша інформація для вчителя (5/5)
Подальші вказівки
- Визначення потужності в нагрівальній спіралі двома вимірювальними приладами:
- Силу струму і напругу можна вимірювати одночасно. При цьому через малий опір нагрівальної спіралі коло слід скласти за рис. 2.
Рис. 1
Рис. 2
Правила безпеки
Для цього досліду діють загальні правила безпечного експериментування на уроках природничих наук.
Нагрівальна спіраль має бути у воді, коли подано напругу 12 В!
Інформація для учнів
Мотивація
Коли влітку сонце заходить, у траві в саду швидко стає доволі прохолодно, тоді як на терасі біля будинку ще приємно тепло. Причина цього - різна здатність матеріалів поглинати теплову енергію.
Цю властивість називають питомою теплоємністю. За питомою теплоємністю можна також з'ясувати, скільки енергії потрібно, щоб, наприклад, нагріти воду.
У цьому досліді ти маєш сам визначити, скільки саме енергії потрібно, щоб нагріти воду на певну зміну температури.
Завдання
Скільки теплоти потрібно, щоб нагріти воду?
Нагрій 200 мл води нагрівальною спіраллю. Виміряй підвищення температури залежно від часу і визнач потужність нагрівальної спіралі.
Схема досліду
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 | 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 | Цифровий мультиметр, 3 1/2 розрядний дисплей з NiCr-Ni термопарою | 07122-00 | 1 |
| 13 | З'єднувальний провідник, 500 мм, червоний | 07361-01 | 1 |
| 14 | З'єднувальний провідник, 500 мм, синій | 07361-04 | 2 |
| 15 | PHYWE Джерело живлення пост. струм: 0...12 В, 2 A / змін. струм: 6 В, 12 В, 5 A | 13506-93 | 1 |
Складання (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.
-GIKe_QUk.avif)
-MRksDnK9.avif)
-CG87Wctf.avif)
Складання (2/2)
- Просунь термометр (d = 8 мм) і стрижень-мішалку (d = 5 мм) крізь відповідні отвори в кришці.
- Простеж, щоб блок живлення був іще вимкнений.
Виконання (1/2)
- Наповни колбу Ерленмейера водою.
- Відміряй із неї 200 мл мірним циліндром (точне вимірювання - піпеткою), залий воду в калориметр і запиши кількість води (пор. рис. вгорі).
- Постав кришку з нагрівальною спіраллю, термометром і стрижнем-мішалкою на калориметр (пор. рис. внизу).
- Встанови на вимірювальному приладі діапазон вимірювання 10 A.
-ksntiH2y.avif)
-eTJ2Cpms.avif)
Виконання (2/2)
- З'єднай нагрівальну спіраль за допомогою з'єднувальних провідників із виходом змінної напруги 12 В блока живлення (він і далі вимкнений!), як показано на рисунках.
- Виміряй початкову температуру води і внеси її до таблиці 1 у протоколі.
- Увімкни блок живлення й одночасно секундомір.
- Протягом 10 хвилин щохвилини вимірюй температуру води. Час від часу регулярно перемішуй і вноси результати вимірювань до таблиці 1. Під час нагрівання виміряй силу струму в колі нагрівання.
- Наприкінці серії вимірювань знову вимкни блок живлення.
Протокол
Завдання 1
Внеси свої результати вимірювань у поля.
Кількість води
V в мл
Сила струму
I в A
Початкова температура
T_0 в °C
Напруга
U в В
Завдання 2
Внеси результати вимірювань температури води до таблиці.
у хв
1
2
3
4
T в °C
T в °C
T в °C
T в °C
у хв
5
6
7
8
T в °C
T в °C
T в °C
T в °C
у хв
9
10
T в °C
T в °C
Завдання 3
- Визнач масу води ( = густина)
- Обчисли електричну потужність нагрівальної спіралі .
m в г
P в Вт
- Обчисли підвищення температури і внеси його до таблиці на наступній сторінці.
- Обчисли для кожного випадку електричну енергію нагрівання . Вона дорівнює теплоті, підведеній до води.
Увага: час нагрівання перерахуй у секунди, а для одиниці енергії справджується 1 Вт·с = 1 Дж - Крім того, відомо:
"Що більша маса нагрітої води, то більша потрібна для цього енергія."
Тому утворюють частку . Цю величину називають питомою теплоємністю.
Заповни відповідний стовпчик у таблиці. - Далі побудуй залежність від часу .
Завдання 4
в хв
1
2
3
4
5
\Delta T в °C
\Delta T в °C
\Delta T в °C
\Delta T в °C
\Delta T в °C
Q в Дж
Q в Дж
Q в Дж
Q в Дж
Q в Дж
c в Дж/(г·°C)
c в Дж/(г·°C)
c в Дж/(г·°C)
c в Дж/(г·°C)
c в Дж/(г·°C)
в хв
6
7
8
9
10
\Delta T в °C
\Delta T в °C
\Delta T в °C
\Delta T в °C
\Delta T в °C
Q в Дж
Q в Дж
Q в Дж
Q в Дж
Q в Дж
c в Дж/(г·°C)
c в Дж/(г·°C)
c в Дж/(г·°C)
c в Дж/(г·°C)
c в Дж/(г·°C)
Завдання 5
Обчисли середнє значення питомої теплоємності з попередньої таблиці.
c_{mittel} в Дж/(г·°C)
Питання
Додаткові завдання
Визнач питому теплоємність води з нахилу прямої.
Обговори з однокласниками:
- Яку систематичну похибку містить виконання досліду?
- Як вона впливає на результат для питомої теплоємності води?