Інформація для вчителів
Застосування
Схема досліду
У цьому досліді учні за допомогою калориметра визначають питому теплоємність води.
При цьому вводять поняття кількості теплоти і уявлення про систематичну похибку.
Інша інформація для вчителя (1/3)
Попередні знання
Передбачається, що поглинання теплоти речовиною пропорційне до її кількості і не залежить від температури.
Крім того, що електрична потужність повністю перетворюється на теплоту і що зв'язок між електричною енергією та кількістю теплоти відомий.
Принцип
У цьому досліді воду нагрівають і спостерігають за зміною її температури.
Додатково фіксують силу струму і напругу , використані для нагрівання, і встановлюють зв'язок між усіма зафіксованими величинами.
Інша інформація для вчителя (2/3)
Навчальна мета
Учні дізнаються, як поводиться температура води під час нагрівання.
Завдання
Нагрій 200 мл води електричною нагрівальною котушкою.
Виміряй підвищення температури залежно від часу.
Визнач електричну потужність нагрівальної котушки і звідси кількість теплоти, поглинуту водою на кожен градус підвищення температури.
Інша інформація для вчителя (3/3)
Зауваження щодо складання та виконання
- Слід використовувати лише меншу потужність нагрівання при 6 В~, щоб похибки вимірювання через нерівномірний розподіл теплоти і втрати на теплоізоляції калориметра не відігравали великої ролі.
- Великі різниці температур призводять тут до великих похибок вимірювання - радимо, щоб усі частини й вода мали (однакову) кімнатну температуру.
Правила безпеки
Для цього досліду діють загальні правила безпечного експериментування на уроках природничих наук.
Увага!
Нагрівальна котушка має бути у воді, коли її під'єднують до джерела живлення!
Інформація для учнів
Мотивація
Вода, що кипить
Коли влітку заходить сонце, у траві в саду швидко стає доволі прохолодно, тоді як на терасі біля будинку ще приємно тепло. Причина - 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
Схема установки
Як пов'язані кількість теплоти, теплоємність і зміна температури?
Нагрій 200 мл води електричною нагрівальною котушкою. Виміряй підвищення температури залежно від часу.
Визнач електричну потужність нагрівальної котушки і звідси кількість теплоти, поглинуту водою на кожен градус підвищення температури.
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 | Колба Ерленмейера, широкогорла, 250 мл | 46152-00 | 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 | З'єднувальний провідник, 500 мм, червоний | 07361-01 | 2 |
| 13 | PHYWE Джерело живлення пост. струм: 0...12 В, 2 A / змін. струм: 6 В, 12 В, 5 A | 13506-93 | 1 |
| 14 | Цифровий мультиметр, 3 1/2 розрядний дисплей з NiCr-Ni термопарою | 07122-00 | 1 |
| 15 | 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 досліду наведено на рис. 1.
1. Наповни колбу Ерленмейера водою (запасна посудина з кімнатною температурою).
2. Склади з двох хімічних стаканів (250 мл і 400 мл) та двох листів фетру теплоізолювальну посудину (калориметр): вистели фетром більший стакан і встав у нього менший.
3. Обережно всунь нагрівальну котушку в проріз у кришці калориметра.
Складання (3/3)
4. Обережно всунь нагрівальну котушку в проріз у кришці калориметра.
5.Просунь стрижень-мішалку знизу крізь відповідний отвір у кришці.
6.Простеж, щоб джерело живлення було ще вимкнене.
Схема електричного кола установки
Виконання (1/3)
Рисунок 2
1. Увімкни свій давач Cobra SMARTsense Temperature. Відкрий застосунок «measure» і вибери давач температури.
2.Встанови частоту опитування 1 Гц і перейди у вікно діаграми.
3. Відміряй мірним циліндром 200 мл води з колби Ерленмейера (точне доведення до позначки - піпеткою) і залий її в калориметр. Запиши кількість води в протокол.
4.Під'єднай нагрівальну котушку і мультиметр з'єднувальними провідниками до виходу змінної напруги 6 В~ (джерело живлення вимкнене!), як показано на рис. 2. Вибери діапазон вимірювання 3 A~.
5. Перемішуй і зачекай, доки покази температури не стануть сталими.
Виконання (2/3)
6. Одночасно запусти запис вимірювань у measureApp і увімкни джерело живлення. Щосекунди записується одне значення температури.
7.Під час вимірювання ретельно перемішуй воду в калориметрі, щоб теплота розподілялася рівномірно. Починай перемішувати одразу після початку вимірювання.
8. Заверши вимірювання кнопкою через 350 с і збережи його.
Виконання (3/3)
Рисунок 3
9. Під'єднай нагрівальну котушку і мультиметр з'єднувальними провідниками до виходу змінної напруги 6 В~, як показано на рис. 3, вибери діапазон вимірювання 10 В~.
10.Увімкни джерело живлення і запиши напругу в протокол. Знову вимкни джерело живлення!
11. Вибери в застосунку пряму регресії і проведи її через задню частину кривої. Нахил кривої - це швидкість зміни температури з одиницею °C/с.
Вона потрібна для подальшого опрацювання результатів у протоколі.
Протокол
Завдання 1
Занеси свої результати вимірювань до цієї таблиці.
фізична величина
Виміряне значення
Маса води у
Електрична напруга у
Сила електричного струму у
Швидкість зміни температури у
Завдання 2
Питання
Завдання 3
Спираючись на завдання 1 і 2, заповни таблицю й обчисли питому теплоємність води.
Виміряне значення
фізична величина
електрична потужність у
кількість теплоти
зміна температури у
питома теплоємність у
Завдання 4
Вставте слова в тексті. У цьому досліді виникає так звана систематична ____. Це неминуча вада ____, яка впливає на результати. У цьому випадку йдеться про ____ калориметра, яка впливає на ____. Оскільки ідеальних ____ ніколи не буває, у науці треба усвідомлювати такі обмеження у виконанні дослідів.
Завдання 5
Питання