Інформація для вчителів
Застосування (1/2)
Рис. 1: установка досліду
Якщо тілу підвести енергію (теплоту), його температура зазвичай підвищується. Теплоємність складається з підведеної теплоти й підвищення температури.
C = △Q / △T;
де △Q = підведена теплота ; △T = підвищення температури
Застосування (2/2)
Теплоємність залежить також від матеріалу й від розглядуваної кількості речовини.
«Питому теплоємність» означують як частку від ділення теплоємності на масу тіла
cm= C/m ; cmolar= C/n
m = маса; n = кількість речовини
щоб можна було краще порівнювати теплоємність різних речовин.
Інша інформація для вчителя (1/3)
Попередні знання
Учні мають володіти знаннями про теплоємність і бути обізнані з означенням поняття «питома теплоємність».
Принцип
Три металеві тіла однакової маси нагрівають у киплячій воді, а потім по черзі вміщують у калориметр із холодною водою. З виміряної температури суміші вже якісно можна судити про більшу здатність накопичувати теплоту (теплоємність). Питому теплоємність твердих тіл обчислюють з відданої теплоти.
Інша інформація для вчителя (2/3)
Навчальна мета
У цьому досліді учні мають дізнатися, що теплоємність залежить від матеріалу. Завдяки досліду учні мають знати, який метал має вищу питому теплоємність і може накопичити більше теплоти.
Завдання
Скільки теплоти можна накопичити у твердих тілах?
Учні нагрівають металеве тіло в киплячій воді до 100 °C і кладуть його в холодну воду. Після цього вони вимірюють температуру суміші
Інша інформація для вчителя (3/3)
Примітки
1. Металеві тіла не повинні торкатися дна колби Ерленмейера, бо воно може бути гарячішим за 100 °C.
2. Нагрівати всі металеві тіла одночасно вигідно тим, що не потрібно додатково чекати, доки тіло набере 100 °C.
3. Знімаючи покази температури, слід оцінювати й проміжні значення по 0,5 °C.
4. За температуру суміші беруть максимальне значення, яке встановлюється.
Для цього досліду варто рекомендувати термометр із поділками по 1/10 градуса, бо доводиться опрацьовувати дуже малі різниці температур. Придатний термометр є в переліку обладнання.
Правила безпеки
Для цього досліду діють загальні правила безпечного експериментування на уроках природничих наук.
Інформація для учнів
Мотивація
Рис. 2: схема досліду
Різні речовини нагріваються з різною швидкістю й накопичують неоднакові кількості теплоти.
Так само й у металів. Наприклад, у побуті, коли для каструль використовують різні види матеріалів. Виявляється, що алюміній нагрівається швидше, ніж сталева каструля.
У цьому досліді це має бути наочно показано. На прикладі трьох металів, які всі нагрівають в однаковій киплячій воді, можна обчислити відмінності в теплоємності матеріалів.
Завдання
Скільки теплоти можна накопичити у твердих тілах?
Нагрій металеві тіла в киплячій воді до 100 °C, поклади їх у холодну воду й виміряй температуру суміші.
Рис. 3: схема досліду
Обладнання
| Позиція | Обладнання | Артикул | Кількість |
|---|---|---|---|
| 1 | Основа штатива, PHYWE | 02001-00 | 1 |
| 2 | Штативний стрижень, нерж. ст., l=600 мм, d = 10 мм | 02037-00 | 1 |
| 3 | Подвійна муфта | 02043-00 | 1 |
| 4 | Кільце із затискачем, внутр. діам. 10 см | 37701-01 | 1 |
| 5 | Дротяна сітка з керамікою, 160 x 160 мм | 33287-01 | 1 |
| 6 | Універсальний затискач | 37715-01 | 1 |
| 7 | Металеві тіла, набір із 3 шт. | 04406-00 | 1 |
| 8 | Кришка для навчального калориметра | 04404-01 | 1 |
| 9 | Стрижень - мішалка | 04404-10 | 1 |
| 10 | Фетр, листовий, 100x100 мм | 04404-20 | 2 |
| 11 | Мензурка, низька, 100 мл, пластмаса | 36011-01 | 1 |
| 12 | Мензурка, низька, 250 мл | 46054-00 | 1 |
| 13 | Мензурка, низька, 400 мл | 46055-00 | 1 |
| 14 | Колба Ерленмейера, широкогорла, 250 мл | 46152-00 | 1 |
| 15 | Піпетка, з гумовим ковпачком | 64701-00 | 1 |
| 16 | Волосінь, d=0,7 мм, l=5 м | 02089-01 | 1 |
| 17 | Мірний циліндр, 100 мл, прозорий, PP | 36629-01 | 1 |
| 18 | Навчальний термометр, -10...+110 °C | 38005-10 | 1 |
| 19 | Бутановий пальник Labogaz 206 | 32178-00 | 1 |
| 20 | Бутановий картридж, без вентиля, 190 г | 47535-01 | 1 |
| 21 | Кульки для кипіння, 200 г | 36937-20 | 1 |
Складання (1/6)
Увага!
1. Під час нагрівання води штативне кільце й дротяна сітка стають дуже гарячими!
2. Знімаючи покази температури, слід оцінювати й проміжні значення по 0,5 °C.
Рис. 4 Експериментальна установка
Складання (2/6)
Складання
- Склади штатив за наведеними далі рисунками.
Рис. 5
Рис. 6
Рис. 7
Рис. 8
Складання (3/6)
Наповни колбу Ерленмейера щонайменше 250 мл води й укинь у неї 2 кульки для кипіння.
Рис. 9
Складання (4/6)
Протягни крізь кожне з трьох металевих тіл шматок волосіні завдовжки 40 см і зав'яжи її в петлю.
Рис. 10
Складання (5/6)
Підвісь усі металеві тіла на універсальний затискач. Вони не повинні торкатися дна колби Ерленмейера й мають зніматися поодинці.
Рис. 11
Складання (6/6)
Склади з 2 мензурок (250 мл, 400 мл) і 2 листів фетру теплоізольовану посудину.
Просунь термометр (8 мм) і стрижень-мішалку (5 мм) крізь відповідні отвори в кришці. За потреби скористайся для цього гліцерином і налий у склянку 100 мл води (мірним циліндром і піпеткою).
Рис. 12
Рис. 13
Рис. 14
Виконання
Рис. 15
- Доведи воду в колбі Ерленмейера до кипіння.
- Виміряй і запиши температуру холодної води у калориметрі.
- Коли вода закипить, зменш силу полум'я.
- Вийми одне з металевих тіл із киплячої води і швидко перенеси його в калориметр.
- Перемішай, виміряй температуру суміші і запиши в таблицю в протоколі.
- Сполосни калориметр холодною водою, витри його насухо й повтори дослід з двома іншими металевими тілами.
Протокол
Таблиця
Виміряй температуру холодної води у калориметрі та температуру суміші із внесеним металевим тілом і запиши їх у таблицю.
Залізо
в °C
в °C
Алюміній
Латунь
Завдання 1
Питання
Питання
Завдання 2
1. Обчисли для кожного випадку теплоту Q, поглинуту холодною водою, і запиши значення в таблицю (питома теплоємність води , маса води в калориметрі .
2. Обчисли питому теплоємність c заліза, алюмінію та латуні й запиши значення в таблицю. , де - маса одного металевого тіла, а - температура тіла в гарячій воді.
3. Порівняй визначені тобою значення з довідковими значеннями, наведеними в таблиці.
Вимірювання
Довідкове значення
Q в Дж c в Дж / (г °C) c в Дж / (г °C)
Залізо
Алюміній
Латунь
Завдання 3
Питання
Додаткове завдання
Залізо
Алюміній
Латунь
Q в Дж
c в (Дж / г°C)
Обчисли питому теплоємність c заліза, алюмінію та латуні з урахуванням теплоємності калориметра (C = 80 Дж/г °C).
,
,
де - маса металевого тіла, - маса води в калориметрі, а - температура металевого тіла в гарячій воді.