Інформація для вчителів
Застосування
Схема досліду
Цей дослід розглядає метод визначення температури через калориметрію.
Конкретно температуру гарячого металевого тіла визначають дослідом на змішування.
Інша інформація для вчителя (1/4)
Попередні знання
Учні мають бути обізнані з основними поняттями термодинаміки, як-от температура і поняття передавання енергії.
Принцип
У цьому досліді нагріті металеві зразки змішують із водою в калориметрі.
Після цього спостерігають за зміною температури системи і роблять на цій основі висновки про початкову температуру металевого зразка.
Інша інформація для вчителя (2/4)
Навчальна мета
Учні знайомляться з методом визначення температури через калориметрію.
Завдання
Нагрій металеве тіло над полум'ям, потім перенеси його в калориметр із холодною водою і визнач температуру суміші, яка встановлюється. Обчисли звідси початкову температуру металевого бруска.
Інша інформація для вчителя (3/4)
Вказівки щодо збирання і виконання
- Через високі температури петля для підвішування має бути з дроту, а не з волосіні.
- Дріт має бути завдовжки щонайменше 40 см.
- Під час занурювання металевого бруска у воду чути шипіння, бо він нагрівається помітно вище за 100 °C.
- Алюмінієвий брусок може пошкодитися в полум'ї пальника - його, будь ласка, не використовувати
Інша інформація для вчителя (4/4)
Вказівка щодо опрацювання результатів
- Температури обох тіл мають бути приблизно однаковими, якщо вони однаковий час висіли в тому самому місці в полум'ї пальника.
- Температура металевих тіл залежить від того, як високо над полум'ям вони висять і як довго. Якщо тіло, наприклад, 5 хв висить близько над полум'ям, визначають температуру 700 °C.
- Оскільки тут ідеться про учнівський дослід і треба показати принцип вимірювання температури, досить нагрівати тіло над полум'ям упродовж 1 хв.
- Похибки вимірювання в бік високих температур також зростають.
Правила безпеки
Для цього досліду діють загальні вказівки щодо безпечного експериментування на уроках природничих наук.
Увага!
1. Дріт для підвішування має бути завдовжки 40 см, щоб верхній кінець не нагрівався занадто.
2. Металеве тіло дуже нагрівається! Стеж за тим, щоб воно не могло впасти.
Інформація для учнів
Мотивація
Розжарене вугілля
Калориметрію можна застосувати для визначення температури тіла, яку іншим способом виміряти важко, наприклад тому, що воно занадто гаряче для наявних термометрів.
За температурою суміші, яка встановлюється в калориметрі, можна обчислити вміст теплоти в тілі. Звідси за відомої теплоємності тіла отримують шукану температуру.
Ще одне поширене застосування калориметра - визначення теплоти згоряння різних речовин, як-от деревини, газу чи вугілля.
Завдання (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
Завдання (2/2)
Схема установки
Скільки тепла можна накопичити в металах?
Нагрій металеве тіло над полум'ям, потім перенеси його в калориметр із холодною водою і визнач температуру суміші, яка встановлюється.
Обчисли звідси початкову температуру металевого бруска.
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=600 мм, d = 10 мм | 02037-00 | 1 |
| 4 | Універсальний затискач | 37715-01 | 1 |
| 5 | Подвійна муфта | 02043-00 | 1 |
| 6 | Металеві тіла, набір із 3 шт. | 04406-00 | 1 |
| 7 | Кришка для навчального калориметра | 04404-01 | 1 |
| 8 | Стрижень - мішалка | 04404-10 | 1 |
| 9 | Фетр, листовий, 100x100 мм | 04404-20 | 2 |
| 10 | Мензурка, низька, 250 мл | 46054-00 | 1 |
| 11 | Мензурка, низька, 400 мл | 46055-00 | 1 |
| 12 | Мензурка, низька, 100 мл, пластмаса | 36011-01 | 1 |
| 13 | Піпетка, з гумовим ковпачком | 64701-00 | 1 |
| 14 | Мірний циліндр, 100 мл, прозорий, PP | 36629-01 | 1 |
| 15 | Залізний дріт, d = 0,5 мм, l = 50 м | 06105-00 | 1 |
| 16 | Бутановий пальник Labogaz 206 | 32178-00 | 1 |
| 17 | Бутановий картридж, без вентиля, 190 г | 47535-01 | 1 |
| 18 | measureAPP - безкоштовне вимірювальне програмне забезпечення для всіх пристроїв | 14581-61 | 1 |
Складання
Рисунок 1
1. Збери штатив за рис. 1.
2. Протягни крізь латунне тіло шматок дроту завдовжки 40 см, зігни його в петлю і почепи на штативний затискач.
3. З двох хімічних стаканів (250 мл і 400 мл) та двох повстяних пластин склади теплоізолювальну посудину (калориметр).
4. Наповни калориметр 200 мл води. Точне відмірювання мірним циліндром і піпеткою з пластикової склянки
5. Просунь мішалку знизу крізь відповідний отвір у кришці й поклади кришку на калориметр.
Виконання (1/4)
1. Увімкни свій датчик Cobra SMARTsense Temperature. Відкрий застосунок «measure» і вибери датчик температури.
2.Встанови частоту опитування 1 Гц.
3.Просунь датчик температури крізь отвір у кришці калориметра так, щоб він занурювався у воду, але не торкався дна.
4. Запусти запис виміряних значень у measureApp , тоді щосекунди записуватиметься одне значення температури.
5. Почепи латунне тіло приблизно на 5 см над полум'ям пальника і нагрівай його одну хвилину.
Виконання (2/4)
6.Перемішуй тим часом у калориметрі - показ температури має стати сталим.
7. Перенеси латунне тіло в калориметр, який ти одразу знову закриваєш.
8. Ретельно перемішай воду в калориметрі, щоб тепло розподілилося рівномірно.
9. Заверши вимірювання, коли температура почне повільно спадати, щонайпізніше через 100 с. Після цього збережи вимірювання . У розділі «мої вимірювання» вимірювання можна будь-коли відкрити й проаналізувати.
10. Повтори дослід так само із залізним тілом.
Виконання (3/4)
12. Тепер справджуються такі твердження:
- Усі металеві тіла мають однакову масу = 60 г.
- Маса води в калориметрі в кожному досліді становить = 200 г.
- Питомі теплоємності становлять:
= 4,2 Дж/(г °C).
= 0,39 Дж/(г °C).
= 0,45 Дж/(г °C).
Виконання (4/4)
- Прийми, що калориметр має теплоємність, яка відповідає водному еквіваленту 20 г
або C = 84 Дж/°C - Після перенесення металевого тіла в калориметр температури води в калориметрі й металевого тіла вирівнюються до спільної температури .
13. Вибери в measureApp інструмент «Вимірювання», щоб визначити початкову температуру в калориметрі і температуру суміші в калориметрі для всіх трьох кривих вимірювання. Доповни таблицю в протоколі в завданні 1.
14.Обчисли різниці температур калориметра і доповни таблицю.
Протокол
Завдання 1
Занеси свої результати вимірювань до цієї таблиці.
Латунь
/ °C
/ °C
/ °C
/ °C
Залізо
/ °C
/ °C
Завдання 2
Обчисли кількість теплоти за формулою:
/ Дж
Латунь
/ Дж
Залізо
Завдання 3
Обчисли початкову температуру металевих брусків за формулою:
/ Дж
Латунь
/ Дж
Залізо
Завдання 4
Питання
Завдання 5
Перетягни слова у правильні поля! ____ прагнуть стану з найменшою ____. Тому коли швидка частинка стикається з повільнішою, вона завжди віддає енергію, тож після цього має її менше. Оскільки це відбувається безперервно, доки всі частинки не матимуть у середньому однакову енергію, ____ системи розподіляється здебільшого однорідно.
Завдання 6
Питання