Загальна інформація
Застосування
Якщо озеро цілий день лежить під сонцем, то ввечері воно прогріте лише у відносно невеликій ділянці біля поверхні.
Це явище і має показати цей дослід. Воду у високому лабораторному стакані освітлюють згори лампою з рефлектором. Через 15 хвилин вимірюють розподіл температури у воді.
Схема досліду
Інша інформація (1/4)
Попередні знання
Учні й студенти мають бути вже обізнані з поширенням теплоти в різних матеріалах (зокрема й у воді).
Принцип
Перенесення енергії у воді завжди відбувається через теплову конвекцію: нагріта вода піднімається вгору.
Інша інформація (2/4)
Навчальна мета
Учні й студенти дізнаються, що вода, по-перше, має малу теплопровідність, а по-друге, що нагріта вода піднімається вгору.
Завдання
Учні й студенти вимірюють температуру води в різних точках лабораторного стакана з водою, нагрітого лампою, і тлумачать здобуті результати.
Інша інформація (3/4)
Спостереження
| Висота в лабораторному стакані | угорі | 5 см | унизу |
|---|---|---|---|
| 1-ше вимірювання | 36 °C | ---- | 28 °C |
| 2-ге вимірювання | 34 °C | 29 °C | ---- |
Кольорові явища
Описані далі кольорові явища залежать від того, коли і яку кількість барвника додали. Опис відповідає зображенням, показаним у цьому досліді; інші можливості розглянуто в опрацюванні результатів.
(1) У місцях, де барвник насипали на поверхню, донизу тягнуться ниточки, які поступово забарвлюють усю воду.
(2) У верхній частині стакана помітний світліший шар завтовшки кілька сантиметрів.
Інша інформація (4/4)
Опрацювання результатів
Вимірювання температури показує, що в нижній частині стакана температура води практично стала (тут 28 °C і 29 °C), і лише в шарі 4 - 5 см під поверхнею води температура змінюється приблизно на 5 - 7. Розподіл кольору у воді теж показує це температурне розшарування. Частинки барвника, які через свою густину спершу опустилися вниз, лишаються в цій ділянці й не переходять у теплий шар. Тут обміну не відбувається. Якщо барвник додати дуже пізно і дуже мало, може статися, що він збереться переважно у верхній частині. І тоді теж видно, що утворилися два шари.
Дослід показує, що вода має лише малу теплопровідність, інакше глибші шари прогрівалися б швидше.
Перенесення енергії у воді завжди відбувається через теплову конвекцію: нагріта вода піднімається вгору.
Правила безпеки
Для цього досліду діють загальні правила безпечного експериментування на уроках природничих наук.
Теорія
Зі зростанням температури густина води зменшується. Наслідок цього пояснити доволі просто: вона піднімається вгору, тоді як холодніша вода радше опускається вниз.
Це явище всі ми можемо відчути, коли купаємось в озері: якщо плисти просто під поверхнею води, вода приємно тепла. А якщо пірнути в бік дна, стає холодніше.
Рух води з різною температурою можна дуже наочно показати цим дослідом.
Обладнання
| Позиція | Обладнання | Артикул | Кількість | 1 | Тримач для скляної трубки | 05961-00 | 1 | 2 | Лабораторний стакан, боросилікатне скло, висока форма, 600 мл | 46029-00 | 1 | 3 | Лабораторний термометр, -10..+110°C | 38056-00 | 2 | 4 | Ламповий патрон E27, з відбивачем, перемикачем, запобіжником | 06751-01 | 1 | 5 | Лампа розжарювання з рефлектором, 230 В/ 120 Вт | 06759-93 | 1 | 6 | Штативний стрижень, нерж. ст., l=250 мм, d = 10 мм | 02031-00 | 1 | 7 | Підставка для штатива Бунзена, 210x130 мм, h=750 мм | 37694-00 | 1 | 8 | Прямокутний затискач | 37697-00 | 2 | 9 | Універсальний затискач | 37715-01 | 1 | 10 | Патентований синій V, 25 мл | 48376-05 | 1 | 11 | Мікрошпатель-ложка, сталь, l = 150 | 33393-00 | 1 |
|---|
Складання та виконання
Складання та виконання (1/2)
Лабораторний стакан на 600 мл наповнюють 500 мл води і ставлять на штатив Бунзена. За допомогою універсального затискача лампу з рефлектором закріплюють на верхньому кінці штатива Бунзена якомога вертикальніше над лабораторним стаканом. (див. рисунок на наступному слайді)
Відстань від колби лампи до поверхні води має становити приблизно 15 см.
Лабораторний стакан освітлюють лампою з рефлектором загалом приблизно 15 хв (рис. Схема досліду). Приблизно через 10 хв освітлення на поверхню води шпателем додають зовсім невеликі кількості харчового барвника.
Спостерігають за поведінкою кольорових смуг. Через 15 хв лампу з рефлектором вимикають і обережно знімають зі штатива.
За допомогою прямокутного затискача закріплюють стрижень штатива і затискають тримач для скляної трубки.
Складання та виконання (2/2)
Тримач для скляної трубки розміщують над лабораторним стаканом і вставляють у нього термометри. (рис. праворуч угорі) Для цього їх обережно засувають згори, щоб вода не перемішалася.
Першим термометром вимірюють температуру просто під поверхнею води, другий термометр засувають до дна лабораторного стакана і записують значення.
Після цього другий термометр підтягують угору, поки він не опиниться приблизно на 5 см під поверхнею води, (рис. праворуч унизу) і ще раз зчитують температури обох термометрів.
Наприкінці досліду ще раз спостерігають і описують колір води.
Опрацювання результатів
Завдання 1
Питання
Завдання 2
Питання
Завдання 3
Питання