Інформація для вчителів
Опис
Рис. 1 Експериментальна установка
Водяна пара охолоджується завдяки відведенню тепла. Температура і питома ентальпія знижуються до температури конденсації (100 °C). При подальшому процесі відбувається фазовий перехід від водяної пари до води. Водяна пара починає конденсуватися без зниження температури отриманої пароводяної суміші. Тільки коли вся водяна пара конденсується при постійному відведенні теплоти, температура продовжує знижуватися.
Кількість теплоти, яку необхідно відвести від точки конденсації для повного зрідження (при постійному тиску), називається теплотою конденсації. Її також називають прихованою теплотою.
Додаткова інформація для вчителів (1/5)
Попередні знання
Учні вже повинні мати певні теоретичні знання про питому теплоту конденсації води. Також корисно знати довідкові значення питомої теплоти конденсації води.
Принцип
Водяна пара подається в калориметр з холодною водою. Питома теплота конденсації води обчислюється за температурою змішування і збільшенням маси холодної води. Значення цієї величини є таким ж великим, як і питома теплота випаровування води. Кількість теплоти, необхідна для випаровування, знову виділяється під час конденсації.
Додаткова інформація для вчителів (2/5)
Мета навчання
Учні дізнаються, що таке теплота конденсації та як її обчислюють за допомогою експерименту.
Завдання
Скільки теплоти виділяється при конденсації води?
Влийте гарячу водяну пару в холодну воду. Визначте кількість введеної пари та температуру суміші води при змішуванні.
Додаткова інформація для вчителів (3/5)
Додаткова інформація
Водяна пара подається в калориметр з холодною водою. Питома теплота конденсації води обчислюється за температурою змішування і збільшенням маси холодної води. Значення цієї величини є таким ж великим, як і питома теплота випаровування води: кількість теплоти, необхідна для випаровування, знову виділяється під час конденсації.
Учні отримають уявлення про величину цієї кількості тепла, якщо для порівняння з холодною водою замість пари змішати окріп такої ж кількості . Розрахунок температури цієї суміші виконується в розділі "Оцінка".
Додаткова інформація для вчителів (4/5)
Примітки
1. Якщо можливо, зі скляної трубки повинна виходити лише пара, а не вода. Для цього помістіть пальник близько під дротяною сіткою, щоб вода інтенсивно кипіла. Силіконова трубка не повинна бути занадто довгою (приблизно 35 см). Крім того, зачекайте 2 хвилини після початку закипання, поки з'явиться водяна пара, щоб силіконова трубка і скляна трубка були достатньо гарячими і вода не почала знову конденсуватися перед початком експерименту.
2. Скляну трубку необхідно затиснути в тримачі для скляних трубок посередині. Потім можна перемістити її разом з тримачем до калориметра і занурити в нього до дна. Тримач для скляних трубок при цьому має спиратися на кришку як на опору.
3. При зчитуванні кінцевого об'єму води слід також враховувати проміжні значення по 0,5 мл.
Додаткова інформація для вчителів (5/5)
Табличне (довідкове) значення питомої теплоти конденсації води становить 2256 Дж/г.
Виміряне значення, як правило, буде меншим за табличне значення, оскільки неможливо повністю запобігти потраплянню конденсату в калориметр.
Інструкції з техніки безпеки
Для цього експерименту застосовуються загальні інструкції щодо безпечного проведення експериментів під час викладання природничих наук.
Інформація для учнів
Мотивація
Рис. 2 Експериментальна установка
Коли вода закипає, утворюється пара. Ви можете легко спостерігати це, коли варите картоплю або щось подібне.
Ця водяна пара в певний момент знову конденсується, тобто охолоджується і накопичується у вигляді води в іншому місці. Це часто можна спостерігати на кришках каструль.
Тепло є вирішальним фактором у цій фазовій зміні. Воно забезпечує перехід води з рідкого стану в газоподібний, а коли воно знову зникає, - з газоподібного в рідкий.
Це також можна проілюструвати в експерименті. У ньому треба самостійно нагріти певну кількість води, щоб перетворити водяну пару на другу кількість води.
Завдання
Рис. 3 Експериментальна установка
Скільки теплоти виділяється при конденсації води?
Влийте гарячу водяну пару в холодну воду. Виміряйте кількість введеної пари та температуру суміші води при змішуванні.
Матеріал
Підготовка (1/8)
Рис. 4 Експериментальна установка
Обережно! Зверніть увагу!
1. Гаряча водяна пара проходить через силіконові трубки та скляні трубки! Завжди тримайте зливний отвір вертикально вниз!
2. Коли вода нагрівається, кільце штатива і дротяна сітка стають дуже гарячими!
3. Завжди вставляйте скляні трубки в гумові пробки за допомогою гліцерину!
Підготовка (2/8)
- Зберіть експериментальну установку, як показано на рисунках.
- Дротяна сітка повинна бути лише на 1 см вище нагрівальної насадки, щоб вода закипала швидше та інтенсивніше.
Рис. 5
Рис. 6
Рис. 7
Рис. 8
Підготовка (3/8)
- Вставте маленьку скляну трубочку в гумову пробку і нанесіть кілька крапель гліцерину.
Рис. 9
Підготовка (4/8)
- Наповніть колбу Ерленмейєра приблизно 75 мл води, додайте два кульки для кип'ятіння і закрийте її пробкою.
Помістіть колбу Ерленмейєра на дротяну сітку і закріпіть її універсальним затискачем.
Рис. 10
Рис. 12
Рис. 11
Рис. 13
Підготовка (5/8)
- Вставте силіконову трубку довжиною 35 см на скляну трубку і приєднайте довгу скляну трубку до іншого кінця цієї трубки.
Рис. 14
Підготовка (6/8)
- Тримаючи довгу скляну трубку посередині за допомогою тримача для скляних трубок, помістіть під неї маленьку пластмасову мензурку.
Рис. 15
Підготовка (7/8)
Зберіть теплоізоляційну посудину (калориметр) з двох склянок (250 мл і 400 мл) і двох фетрових пластин.
Рис. 16
Підготовка (8/8)
Вставте термометр ( 8 мм) з довгим занурювальним стрижнем і паличку для перемішування ( 5 мм) через відповідні отвори в кришці (не через отвори в прорізі).
Рис. 17
Виконання роботи (1/2)
Налийте в калориметр рівно 150 мл холодної води (точне вимірювання за допомогою мірного циліндра і піпетки) і запишіть значення в протоколі.
Виміряйте температуру в калориметрі та запишіть значення в протокол.
Нагрійте воду в колбі Ерленмейєра до кипіння.
Спостерігайте за виходом гарячої водяної пари зі скляної трубки.
Зачекайте приблизно 2 хв після початку кипіння, щоб виходила тільки водяна пара і не було крапель води.
Рис. 18
Виконання роботи (2/2)
Рис. 19
Рис. 20
Потім візьміть скляну трубку за допомогою тримача для скляних трубок і вставте її в калориметр через великий отвір у прорізі кришки так, щоб пара потрапляла в калориметр.
Додавайте водяну пару протягом приблизно 2 хвилин, поки температура води не стане приблизно 50°C.
Вимкніть пальник, вийміть скляну трубку з калориметра і знову приєднайте її до штативного стрижня.
Ретельно перемішайте воду. Запишіть температуру води (температуру змішування) .
Виміряйте об'єм води , що тепер знаходиться в калориметрі, переливши її назад у мірний циліндр, і запишіть значення (при зчитуванні враховуйте проміжні значення 0,5 мл).
Протокол
Результат - спостереження 1
Спостереження
Об'єм холодної води = мл
Температура холодної води = °C
Температура змішування = °C
Температура пари = °C
Об'єм після тесту = мл
Завдання 1
Обчислити масу холодної води та загальної маси води після експерименту (густина ρ = 1 г/мл)
= г
= г
Завдання 2
Розрахуйте з цього масу введеної водяної пари г
Завдання 3
Обчисліть якою була б температура суміші води при змішуванні, якби за інших однакових умов експерименту до холодної води в калориметрі замість водяної пари масою додали окріп масою ?
°C
Завдання 4
Етапи визначення питомої теплоти конденсації води:
1. Обчисліть кількість теплоти, яку поглинає холодна вода (питома теплоємність води c = 4,19 Дж/г°C)
Дж
2. Обчисліть масу сконденсованої води , яка охолоджується від температури до температури змішування і виділяє теплоту .
Дж
Завдання 5
3. Обчисліть кількість теплоти, що виділяється при перетворенні пари масою у воді, визначається різницею
Дж
4. Обчисліть питому теплоту конденсації тобто кількість теплоти, що виділяється при конденсації 1 г пари:
Дж/г
Додаткове завдання
Враховуйте теплоємність калориметра при оцінці .