Інформація для вчителів
Застосування
Схема досліду
Цей дослід стосується температури суміші й теплоємності калориметра. До калориметра з водою кімнатної температури додають теплу воду.
Так має бути забезпечено, щоб уміст калориметра мав якомога рівномірнішу температуру.
Використані різниці температур можна тримати малими порівняно з версією досліду без Cobra SMARTsense, бо електронний датчик температури має кращу роздільну здатність, ніж учнівські термометри зі спиртовим наповненням.
Інша інформація для вчителя (1/3)
Попередні знання
Учні мають бути обізнані з основними поняттями термодинаміки, як-от температура і поняття передавання енергії.
Принцип
У цьому досліді в калориметрі змішують між собою порції води з різними температурами.
Після цього спостерігають за розвитком температури системи і на цій підставі роблять висновки про температуру суміші й теплоємність калориметра.
Інша інформація для вчителя (2/3)
Навчальна мета
Учні дізнаються, як температура суміші двох рідин змінюється з плином часу.
Завдання
Нагрій бутановим пальником різні порції води і визнач їхню температуру.
Потім змішай їх із відомою кількістю води в калориметрі, температуру якої Ти вже визначив раніше.
Виміряй температуру суміші, яка встановлюється в калориметрі.
Інша інформація для вчителя (3/3)
Вказівки щодо складання і виконання
- Криву температури під час нагрівання води записувати не потрібно, щоб потрібні результати вимірювань не загубилися в довгій кривій, а лишалися чітко видимими.
- Великі різниці температур призводять тут до великих похибок вимірювання - радимо, щоб усі частини й запасна вода мали (рівномірну) кімнатну температуру. Воду не потрібно нагрівати надто сильно.
- Як потрібні значення температури опрацьовують максимуми кривої температури - щоб вони були чітко видимі, датчик між вимірюваннями охолоджують.
Правила безпеки
Для цього досліду діють загальні правила безпечного експериментування на уроках природничих наук.
Інформація для учнів
Мотивація
Кава з молоком
Кількості теплоти розподіляються так, що зрештою всі частини, які контактують між собою, мають однакову температуру.
Якщо теплоємності й початкові температури відомі, то можна передбачити кінцеву температуру. І навпаки, за кінцевою температурою можна зробити висновок про теплоємність, якщо початкові температури відомі.
Суміш рідин трапляється нам і в побуті: кава з молоком. Щоб, зокрема, відчути, на якій температурі встановлюються різні суміші, ми виконуємо такий дослід
Завдання
Схема установки
Яка температура встановлюється в калориметрі, коли змішують воду різної температури?
Нагрій бутановим пальником різні порції води і визнач їхню температуру.
Потім змішай їх із відомою кількістю води в калориметрі, температуру якої Ти вже визначив раніше. Виміряй температуру суміші, яка встановлюється в калориметрі.
Обладнання
| Позиція | Обладнання | Артикул | Кількість |
|---|---|---|---|
| 1 | Cobra SMARTsense - температура, −40 … 125 °C (Bluetooth) | 12903-00 | 1 |
| 2 | Основа штатива, PHYWE | 02001-00 | 1 |
| 3 | Штативний стрижень, нерж. ст., l=250 мм, d = 10 мм | 02031-00 | 1 |
| 4 | Штативний стрижень, нерж. ст., l=600 мм, d = 10 мм | 02037-00 | 1 |
| 5 | Подвійна муфта | 02043-00 | 2 |
| 6 | Тримач для скляної трубки | 05961-00 | 1 |
| 7 | Кільце із затискачем, внутр. діам. 10 см | 37701-01 | 1 |
| 8 | Дротяна сітка з керамікою, 160 x 160 мм | 33287-01 | 1 |
| 9 | Універсальний затискач | 37715-01 | 1 |
| 10 | Кришка для навчального калориметра | 04404-01 | 1 |
| 11 | Стрижень - мішалка | 04404-10 | 1 |
| 12 | Фетр, листовий, 100x100 мм | 04404-20 | 2 |
| 13 | Колба Ерленмейера, широкогорла, 250 мл | 46152-00 | 1 |
| 14 | Мензурка, низька, 250 мл | 46054-00 | 1 |
| 15 | Мензурка, низька, 400 мл | 46055-00 | 1 |
| 16 | Мірний циліндр, 100 мл, прозорий, PP | 36629-01 | 1 |
| 17 | Піпетка, з гумовим ковпачком | 64701-00 | 1 |
| 18 | Бутановий пальник Labogaz 206 | 32178-00 | 1 |
| 19 | Бутановий картридж, без вентиля, 190 г | 47535-01 | 1 |
| 20 | measureAPP - безкоштовне вимірювальне програмне забезпечення для всіх пристроїв | 14581-61 | 1 |
Складання (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
Складання (2/2)
Рисунок 1
1. Перед початком досліду наповни запасну посудину водою (0,5 до 1 л, напр. хімічний стакан 1000 мл, 36008-00), яка набирає кімнатної температури і має ту саму температуру, що й решта обладнання досліду.
2. Збери теплоізоляційну посудину (калориметр) із двох склянок (250 мл і 400 мл) і двох повстяних (фетрових) пластин.
3. Просунь стрижень-мішалку знизу крізь відповідний отвір у кришці.
4. Склади штатив за рис. 1.
Виконання (1/6)
1. Увімкни свій датчик Cobra SMARTsense Temperature. Відкрий застосунок "measure" і вибери датчик температури.
2.Встанови частоту опитування 1 Гц.
3. Відміряй мірним циліндром 50 мл води з колби Ерленмейера (точне відмірювання за допомогою піпетки) і залий її в калориметр. Запиши кількість води .
4.Постав кришку зі стрижнем-мішалкою на калориметр і встав датчик температури крізь відповідний отвір у кришці так глибоко, щоб він занурився у воду, але не торкався дна.
5. Перемішуй і чекай, доки покази температури стануть сталими. Запиши початкову температуру в калориметрі .
Виконання (2/6)
6. Відміряй мірним циліндром 150 мл води і залий її в колбу Ерленмейера. Запиши кількість води
7.Нагрій воду пальником на 15 до 25 °C.
8. Припини нагрівання, охолоди датчик температури в запасній посудині.
9. Запусти запис результатів вимірювання в measureApp , тоді щосекунди записуватиметься одне значення температури.
10. Виміряй датчиком температури температуру в колбі Ерленмейера, доки покази стануть сталими.
11. Вийми датчик із нагрітої води і ненадовго постав його в запасну посудину, щоб він охолов.
Виконання (3/6)
12. Залий нагріту воду в калориметр, постав кришку і знову встав датчик температури крізь отвір у кришці у воду.
13.Під час вимірювання ретельно перемішуй воду в калориметрі, щоб теплота розподілялася рівномірно
14. Заверши вимірювання, коли температура повільно спадатиме. Після цього збережи. У розділі "мої вимірювання" вимірювання можна будь-коли знову завантажити і проаналізувати.
15. Вилий воду з калориметра, витри склянку калориметра.
Виконання (4/6)
16. Дій так само для дослідів 2 і 3.
Для досліду 2 наповни при цьому калориметр спершу 100 мл води із запасної посудини і нагрій 100 мл води в колбі Ерленмейера.
Для досліду 3 калориметр наповнюють 150 мл води із запасної посудини і нагрівають 50 мл води в колбі.
17.Вибери в measureApp інструмент „Вимірювання“, щоб опрацювати максимуми кривих вимірювання. Перший максимум відповідає температурі нагрітої води в колбі Ерленмейера, .
Другий максимум відповідає температурі суміші в калориметрі .
Виконання (5/6)
18. Вода з колби Ерленмейера охолоджується на різницю температур , тоді як вода в калориметрі нагрівається на різницю температур.
Для різниць температур справджується:
Виконання (6/6)
19. За умови, що теплота не віддається в довкілля і жодні інші джерела нагрівання більше не діють, справджується збереження загальної кількості теплоти:
Кількість теплоти , яку віддає гаряча вода, тому дорівнює кількості теплоти , яку поглинає холодна вода в калориметрі (за припущення, що роль відіграє лише вода):
Із (1) і (2) масу води можна обчислити за формулою
Протокол
Завдання 1
Занеси свої результати вимірювань до цієї таблиці.
/ г
/ г
/ °C
/ °C
50
150
Дослід 1
/ °C
/ г
/ г
/ °C
/ °C
100
100
Дослід 2
/ °C
/ г
/ г
/ °C
/ °C
150
50
Дослід 3
/ °C
Завдання 2
Заповни цю таблицю, використовуючи формули, означені у виконанні.
/ °C
/ °C
/ г
Дослід 1
Дослід 2
Дослід 3
Завдання 3
Питання
Завдання 4
Вставте слова в тексті. ____ між обчисленим значенням кількості води і справжньою кількістю води називають ____ калориметра. ____ C калориметра відповідає його водяному еквіваленту. Його треба враховувати в усіх схемах дослідів як ____.
Завдання 5
Наведи середнє значення водяного еквівалента трьох дослідів і тим самим також теплоємність
калориметра:
Завдання 6
Перетягни слова у правильні поля! Під час ____ двох рідин у середньому швидші частинки теплішої ____ стикаються з у середньому повільнішими частинками другої рідини. Оскільки ____ завжди прагне до стану з найменшою ____, під час контакту віддається кінетична енергія. Через це ____ розподіляється і температури поступово вирівнюються.