Загальна інформація
Застосування
Електрочайник
Перетворення електричної енергії на теплову енергію
Калориметр - це модель електрочайника. Нагрівальна котушка безпосередньо у воді ефективна, бо немає втрат при передаванні теплоти.
Товсті скляні стінки, які на уроці дають добрий огляд усередину калориметра, самі мають велику теплоємність.
Електрочайники зазвичай зроблені з металу або тонкої пластмаси.
Інша інформація (1/2)
Попередні знання
Навчальна мета
У побуті електричну енергію застосовують для готування, для нагрівання води для господарських потреб за допомогою проточних водонагрівачів або для електричного опалення. Багато електричних приладів під час роботи нагріваються, тобто перетворення електричної енергії на теплову часто відбувається й ненавмисно.
У досліді воду в калориметрі нагрівають за допомогою нагрівальної котушки. Досліджують зв'язок між потужністю нагрівання, електричною роботою (потрібною електричною енергією) і підвищенням температури.
Інша інформація (2/2)
Вказівка
Під час вимірювання воду треба весь час рівномірно перемішувати стрижнем-мішалкою. За потреби можна застосувати й невелику магнітну мішалку.
Завдання
Через вимірювання температури слід розпізнати зв'язки перетворення енергії.
Правила безпеки
Для цього досліду діють загальні правила безпечного експериментування на уроках природничих наук.
Щодо H- і P-формулювань звертайся до паспорта безпеки відповідної хімічної речовини.
Теорія
Джерело: Wikipedia
- Калориметр слугує для визначення теплової енергії, що вивільняється в якомусь процесі (як у цьому досліді - електричному).
- Сам метод вимірювання називають калориметрією.
Внутрішня енергія (теплова енергія) води дорівнює:
де питома теплоємність, маса води, а підвищення температури.
Обладнання
Складання та виконання
Складання (1/3)
- Склади електричне коло за рисунком.
- Лівий мультиметр ADM3 спершу увімкни паралельно до блока живлення для вимірювання напруги.
- Правий ADM3 потрібен для вимірювання температури. Для цього під'єднай занурювальний зонд до лівого входу (жовтого).
- Далі - складання калориметра.
Складання (2/3)
- Склади калориметр за рисунком ліворуч.
- Невелику мензурку на 250 мл щільно встав за допомогою повстяної пластини у велику мензурку на 400 мл.
- Щоб міцно закріпити занурювальний зонд, розріж збоку шматок шланга завдовжки прибл. 2 см, щільно згорни його й встав у більший отвір у кришці калориметра.
- Завдяки цьому лишається вузький отвір для занурювального зонда.
Складання (3/3)
- Наповни калориметр 200 мл води.
- Постав на мензурки кришку з нагрівальною котушкою, занурювальним зондом і стрижнем-мішалкою.
- Приклади тримач для приладів із магнітними кріпленнями до дошки й постав на нього калориметр.
- Під'єднай нагрівальну котушку до електричного кола.
Виконання (1/2)
- Увімкни блок живлення.
- Встанови напругу 8,5 В (± 0, 5 В). Тепер увімкни лівий ADM3 в електричне коло як амперметр. Замкни вимикач в електричному колі. Запиши силу струму.
- Під час нагрівання весь час рівномірно перемішуй воду стрижнем-мішалкою й вимірюй тривалість нагрівання.
Виконання (2/2)
- Перевір напругу після завершення вимірювання. (Зауваження: як варіант, правий ADM3 можна увімкнути для додаткового визначення напруги під час вимірювання).
- Записуй температури щопівхвилини, щоб потім зробити висновок про зростання з часом.
- Заверши вимірювання через 4 хвилини.
- Обчисли потужність нагрівання.
Напруга Напруга Сила струму
(початок) (кінець)
Час
[хв] 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4
T (°C)
Потужність нагрівання:
Опрацювання результатів (1/4)
Перетягни слова у правильні поля! Після вмикання прикладена ____ дещо спадає. ____ становить прибл. 30 Вт. Температура й електрична ____ зростають лінійно з часом. Невеликі коливання виміряних значень температури залежать від того, наскільки добре ____.
Приклад запису виміряних значень реєстратором даних:
Опрацювання результатів (2/4)
Перетягни слова у правильні поля! Потрібна електрична енергія \Delta W для нагрівання води дорівнює ____ W, бо W = 0, коли t = 0. Коефіцієнт корисної дії цього перетворення енергії - це відношення ____ Q теплої води до витраченої ____ \Delta W. Внутрішня енергія води дорівнює: Q = c · m · \Delta T, де c= ____, m = ____, \Delta T =____.
Опрацювання результатів (3/4)
Коефіцієнт корисної дії перетворення енергії / Внутрішня енергія нагрітої води залежно від витраченої електричної енергії
Рисунок показує, що 85 % витраченої електричної енергії йде на нагрівання води. Але калориметр із мензурок, нагрівальної котушки та стрижня-мішалки теж нагрівається.
Отже, калориметр теж має теплоємність, яка, вочевидь, не є нехтовно малою порівняно з теплоємністю 200 г води.
--HCVHa5y.avif)
Опрацювання результатів (4/4)
Зазвичай під час опрацювання результатів припускають, що електрична енергія йде виключно на нагрівання води, і з цього обчислюють теплоємність води.
Отже, якщо припустити , то з діаграми випливає, що обчислена так питома теплоємність буде на 15% більша за теоретичне значення.
Теплоємність - це добуток відповідної маси й питомої теплоємності, у цьому випадку - води.