Základní škola Nový Bor, náměstí Míru 128, okres Česká Lípa, příspěvková organizace e mail: info@zsnamesti.cz; www.zsnamesti.cz; telefon: 487 722 010; fax: 487 722 378 Registrační číslo: CZ.1.07/1.4.00/21.3267 Název: Pomocí techniky k novým poznatkům Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky. Název materiálu: Kalorimetrická rovnice, skupenské přeměny Šablona: III/2 Inovace ve výuce prostřednictvím ICT Číslo výukového materiálu: 116 Sada: Přehled učiva základní školy Autor: ing. Veronika Šolcová Ověření ve výuce: Fyzika Třída: 9.A Datum ověření: 6.6.2012 VY_32_INOVACE_116 Kalorimetrická rovnice, skupenské přeměny Předmět: Fyzika Ročník: 9. ročník Tematický okruh: Přehled učiva základní školy Anotace: 1. kalorimetrická rovnice 2. příklady 3. přehled skupenských přeměn 4. skupenství látek 5. tání a tuhnutí 6. vypařování 7. var 8. sublimace a desublimace II 3 11:17 II 3 11:17 Kalorimetrická rovnice SKUPENSKÉ PŘEMĚNY KALORIMETRICKÁ ROVNICE pro výměnu tepla mezi 2 tělesy platí, že teplo přijaté se rovná teplu odevzdanému c 1 m 1 (t 1 t) = c 2 m 2 (t t 2 ) pořadí teplot v závorkách volíme tak, aby rozdíl teplot byl kladný III 16 10:12 III 17 11:18 c 1, c 2... měrné tepelné kapacity látek ( J/(kg. o C) ) m 1, m 2... hmotnosti těles (kg) t 1... počáteční teplota tělesa ( o C) t 2... konečná teplota tělesa ( o C) kalorimetr s topnou spirálou t 1... teplejší těleso t 2... chladnější těleso kalorimetrickou rovnici nelze použít, když dochází ke změně skupenství III 17 11:34 III 17 12:59 1
Příklady: 1/ Petr a Jan ponořili do nádoby s vařící vodou (100 o C) dva válečky stejné hmotnosti (100 g) hliníkový a železný. Do dvou kalorimetrů nalili stejné množství (0,5 l) studené vody (15 o C). Jan ponořil do svého kalorimetru železný váleček a Petr hliníkový. Kdo naměřil po ustálení vyšší teplotu? Nejprve odhadni. odhad J c Fe = 450 c Al = 900 kg. o C J kg. o C odhad: z porovnání měrných tepelných kapacit železa a hliníku vyplývá, že vyšší hodnotu naměří Petr řešení III 17 11:18 III 17 11:41 Výpočet: výsledná teplota vody se železným válečkem t 1 = 100 ( o C) t 2 = 15 ( o C) m 1 = 100 g = 0,1 kg V 2 = 0,5 l m 2 = 0,5 kg c 2 = 4 200 J/(kg. o C)... voda c Fe = 450 J/(kg. o C) c Al = 900 J/(kg. o C)? ( o C) pokračuj c Fe m 1 (t 1 t) = c 2 m 2 (t t 2 ) c Fe m 1 t 1 c Fe m 1 c 2 m 2 t c 2 m 2 t 2 c Fe m 1 t 1 + c 2 m 2 t 2 = c 2 m 2 t + c Fe m 1 t t(c 2 m 2 + c Fe m 1 ) = c Fe m 1 t 1 + c 2 m 2 t 2 t c Fe m 1 t 1 + c 2 m 2 t 2 c 2 m 2 + c Fe m 1 450.0,1.100+4200.0,5.15 4200.0,5+450.0,1 = 16,8 o C pokračuj III 17 11:43 III 17 13:12 výsledná teplota vody se hliníkovým válečkem c Al m 1 (t 1 t) = c 2 m 2 (t t 2 ) c Al m 1 t 1 c Al m 1 c 2 m 2 t c 2 m 2 t 2 c Al m 1 t 1 + c 2 m 2 t 2 = c 2 m 2 t + c Al m 1 t t(c 2 m 2 + c Al m 1 ) = c Al m 1 t 1 + c 2 m 2 t 2 t c Al m 1 t 1 + c 2 m 2 t 2 c 2 m 2 + c Al m 1 900.0,1.100+4200.0,5.15 4200.0,5+900.0,1 = 18,5 o C pokračuj Výsledná teplota vody se železným válečkem je přibližně 16,8 o C. Výsledná teplota vody s hliníkovým válečkem je přibližně 18,5 o C. Petr naměřil vyšší teplotu. III 17 13:28 III 17 13:34 2
2/ Jitka si chladí horký čaj tak, že si do něj nalije studenou vodu. Kolik čaje teplého 95 o C a kolik vody teplé 15 o C potřebuje k přípravě 0,5 l čaje s teplotou 55 o C? 1/ logickou úvahou 2 způsoby výpočtu: 2/ z kalorimetrické rovnice řešení III 17 13:35 III 17 13:37 1/ logickou úvahou 95 o C 15 o C = 80 o C 1 2 z 80 o C = 40 o C 95 o C 40 o C = 55 o C 40 o C + 15 o C = 55 o C zpět výsledná teplota je přesně uprostřed mezi počátečními teplotami vody a čaje musí být stejné množství čaje a vody 0,25 l 2/ z kalorimetrické rovnice c = 4 200 J/(kg. o C) V = 0,5 l ρ = 1 000 kg/m 3 55 o C t 1 = 95 o C t 2 = 15 o C x =? (l) pokračování Jitka potřebuje 0,25 l čaje a 0,25 l vody. III 17 13:38 III 17 13:45 množství čaje v litrech... x množství vody v litrech... (0,5 x) m = Vρ m 1 = x.1000 m 2 = (0,5 x).1000 c 1 m 1 (t 1 t) = c 2 m 2 (t t 2 ) 4200.x.1000.(95 55) =4200.(0,5 x).1000.(55 15) x.40 = (0,5 x).40 x = 0,5 x 2x = 0,5 x = 0,25 l 3/ Voda v kalorimetru má teplotu 20 o C. Ponoříme do ní váleček z mědi o hmotnosti 150 g a teplotě 90 o C. Po určité době se teplota vody ustálí na 23 o C. Kolik vody je v kalorimetru? řešení (0,5 x) = 0,5 0,25 = 0,25 l Jitka potřebuje 0,25 l čaje a 0,25 l vody. III 17 13:45 III 17 14:03 3
c 1 = 380 J/(kg. o C) c 2 = 4 200 J/(kg. o C) 23 o C t 1 = 90 o C t 2 = 20 o C m 1 = 150 g = 0,15 kg m 2 =? (kg) index 1... měď index 2... voda pokračování c 1 m 1 (t 1 t) = c 2 m 2 (t t 2 ) m 2 = m 2 = c 1 m 1 (t 1 t) c 2 (t t 2 ) 380.0,15.(90 23) 4200.(23 20) m 2 = 0,303 kg = 303 g V kalorimetru je přibližně 303 ml vody. III 17 14:03 III 17 14:08 Přehled skupenských přeměn kondezace var desublimace sublimace tuhnutí tání Skupenství látek 1/ pevné 2/ kapalné 3/ plynné krystalické amorfní tekutiny 4/ plazma vzniká silnou ionizací plynu Tání a tuhnutí teplota tuhnutí = teplota tání voda při normálním tlaku t 0 o C = bod mrazu L ml t skupenské teplot tání L t (J) měrné skupenské teplo tání l t (J/kg) musíme dodat 1 kg látky, aby se přeměnila na kapalinu 4
Vypařování vypařování se děje za každé teploty závisí na teplotě, velikosti povrchu, chemickém složení látky lze urychlit foukáním nebo odsáváním vznikajících par Absolutní vlhkost vzduchu hmotnost vodní páry v 1 m 3 vzduchu vzduch pojme jen omezené množství páry vzduch je parou nasycen, když je při určité teplotě maximální hodnota čím vyšší teplota vzduchu, tím více vodní páry může vzduch obsahovat Relativní vlhkost v % podíl absolutní vlhkosti při dané teplotě k maximální absolutní vlhkosti při této teplotě Rosný bod při ochlazování vzduchu s určitým množstvím vodní páry se zvyšuje relativní vlhkost, až dosáhne 100% při určité teplotě při dalším poklesu teploty vzniká mlha nebo rosa Var teplota varu t v závisí na chemickém složení látky a na tlaku voda vře při normálním tlaku při 100 o C L v = ml v skupenské teplo varu L v (J) měrné skupenské teplo varu l v (J/kg) pro přeměnu 1 kg kapaliny na plyn Sublimace a desublimace sublimace je přeměna látky ze skupenství pevného na plyn závisí hlavně na teplotě užití: čištění a izolace krystalických látek od netěkavých či málo těkavých příměsí, sublimační tisk desublimace je přeměna látky z plynného na pevné skupenství III 17 11:15 5
VY_32_INOVACE_116_kalorimetrická rovnice, skupenské přeměny.notebook August 06, 2012 ledové květy na skle Sublimace jódu III 17 11:18 III 17 11:18 Citace: KOLÁŘOVÁ, Růžena a Jiří BOHUNĚK. Fyzika pro 8. ročník základní školy. Praha: Prometheus, spol. s r. o., 1999. ISBN 80 7196 149 3. Sublimace jódu Http://zmeny skupenstvi.euweb.cz/sublimace.html. Euweb.cz [online]. 2010 [cit. 2012 03 17]. Dostupné z: http://zmeny skupenstvi.euweb.cz/chex_02.jpg Ledové květy na skle Http://hvezdnysnilek2.blog.cz/1001/ledove kvety. Blog.cz [online]. 2012 [cit. 2012 03 17]. Dostupné z: http://nd02.jxs.cz/382/095/7e49940226_58814746_o2.jpg Metodický list Téma: Kalorimetrická rovnice, skupenské přeměny Autor: ing. Veronika Šolcová Předmět: fyzika Ročník: 9. ročník Učebnice: Fyzika 8 učebnice pro základní školy a víceletá gymnázie, Doc. Dr. Ing. Karel Rauner, Nakladatelství Fraus Metody výuky: opakování, procvičování Formy výuky: frontální výuka, skupinová práce Pomůcky: kalorimetr Kalorimetr s topnou spirálou Http://www.helago cz.cz/product/kalorimetr s topnou spiralou 150 ml/. Helago cz.cz [online]. 2012 [cit. 2012 03 17]. Dostupné z: http://www.helago cz.cz/public/content images/cz/product/22597.jpg Testy byly vytvořeny v programu SMART Notebook verze 10.8.864.0 z roku 2011 II 3 11:23 Poznámky: list č.3 až č.6 výklad list č.7 až č.20 příklady, řešení se objeví po ťuknutí na šipky řešení, odhad nebo pokračuj list č.21 test list č.22 až č.30 výklad list č.31 až č.32 doplňující obrázky II 3 11:23 6