Теплове розширення повітря і води

Схема досліду

У цьому досліді учні спостерігають за поведінкою стовпчиків води у двох капілярних трубках при нагріванні відповідної банки з гвинтовою кришкою. При цьому одна з банок здебільшого наповнена водою, а друга - здебільшого повітрям.

При цьому вони встановлюють, по-перше, що і вода, і повітря при нагріванні розширюються, а по-друге, що це розширення різне за величиною.

Крім того, вони вчаться поводитися з банками з гвинтовою кришкою та капілярними трубками, розуміють зв'язок між висотою стовпчика води і тиском у банці й можуть застосувати ці знання в наступних дослідах.

Попередні знання

Принцип

Учні усвідомлюють, що нагрівання посудини спричиняє підвищення тиску всередині. Вони мають розуміти, що зростання тиску створює силу, яка й спричиняє підйом у капілярах.

У цьому досліді учні мають власними вимірюваннями виявити різне за величиною розширення води і повітря при нагріванні банки з гвинтовою кришкою. Крім того, вони мають навчитися користуватися стовпчиком рідини в капілярній трубці як показником тиску в банці.

Навчальна мета

При нагріванні вода і повітря розширюються по-різному. Це спричиняє зростання тиску в банці, через що стовпчик води в капілярній трубці піднімається.

Завдання

• Учні наповнюють банки з гвинтовою кришкою різною кількістю води і вирівнюють капілярні трубки
• Учні нагрівають банки руками і спостерігають за підйомом стовпчиків води
• Вони міркують, який зв'язок існує між висотою стовпчика води і розширенням середовища в банці

• Перед виконанням слід звернути увагу учнів на те, що з банками з гвинтовою кришкою, а надто з капілярними трубками, треба поводитися обережно

• Для цього досліду діють загальні вказівки щодо безпечного експериментування на уроках природничих наук.

Повітряна куля

Напевно, ти вже бачив у небі повітряну кулю. Але як узагалі виходить, що куля може летіти?

Це тому, що куля, як каже й назва, наповнена гарячим повітрям. І, можливо, ти вже помічав - наприклад, коли тримаєш руку поряд зі свічкою і над нею, - що гаряче повітря піднімається вгору. Робить воно це тому, що при нагріванні розширюється: отже, йому потрібно більше місця, і через це воно «легше» за холодне повітря.

Явище, що речовини розширюються, коли їх нагрівають, ми хочемо дослідити в цьому досліді на воді й повітрі.

Як поводяться вода і повітря при однаковому нагріванні?

• Наповни обидві банки з гвинтовою кришкою різною кількістю води і вирівняй капілярні трубки
• Нагрій обидві банки руками і спостерігай за підйомом стовпчиків води в капілярних трубках
• Поміркуй, про що говорять твої спостереження щодо розширення води і повітря

Рис. 1

За допомогою склянки та лійки наповни одну банку з гвинтовою кришкою водою на висоту приблизно 2 см, як на рис. 1.

Другу банку наповни водою майже повністю.

Надінь на обидві капілярні трубки ущільнення так, щоб трубка з одного боку виступала приблизно на 4 см, і ковпачок (рис. 2).

Рис. 3

Постав трубки на банки і міцно закрути їх ковпачком.

Увага:У банці, наповненій водою, вода одразу підніметься в капілярі. Вона може перелитися через край або бризнути!

У банці, наповненій повітрям, ти зсуваєш трубку донизу доти, доки вона не занурюється у воду. Тоді вода підніметься в трубці вгору.

Щоб почати вимірювання, тобі треба обережно зсунути обидві трубки так, щоб рідина в обох стояла на однаковій висоті над ковпачком (рис. 3).

• Нагрівай обидві банки якийсь час руками (рис. 4) і спостерігай при цьому за рівнями води в обох капілярних трубках
• Стеж при цьому, щоб не хитати ковпачки чи трубки!
• Виміряй висоти підйому в банці з повітрям і в банці з водою та запиши собі час, після якого ти зняв ці значення

• Потім перейди до протоколу і дай відповіді на запитання щодо досліду