Základná škola s materskou školou Chlebnice Fyzika 9. ročník 3. Laboratórna úloha Úloha: Urč pevnú látku, z ktorej je zhotovené teleso, pomocou mernej tepelnej kapacity Príprava: Medzi telesami, ktorých teploty sú rôzne, dochádza k tepelnej výmene. Táto prebieha dovtedy, kým sa teploty telies nevyrovnajú. Tepelné vlastnosti látok charakterizuje veličina merná tepelná kapacita c [kj/(kg*st.c]. Napíš vzťah na výpočet tepla, ktoré prijalo teleso s nižšou teplotou Q1=m1*c1*dt1 Napíš vzťah na výpočet tepla, ktoré odovzdalo teleso s vyššou teplotou Q2=m2*c2*dt2 Vysvetli, čo znamenajú značky fyzikálnych veličín vo vzťahoch, ktoré si napísal Q1 [kj] teplo prijaté studeným telesom m1 [kg] hmotnosť studeného telesa c1 [] merná tepelná kapacita látky, z ktorej je studené teleso dt1 [st.c] rozdiel teplôt studeného telesa po a pred tepelnou výmenou dt1=t-t01 kde t [st.c] teplota oboch telies po tepelnej výmene t01 [st.c] teplota studeného telesa pred tepelnou výmenou Q2 [kj] teplo odovzdané teplým telesom m2 [kg] hmotnosť teplého telesa c2 [] merná tepelná kapacita látky, z ktorej je teplé teleso dt2 [st.c] rozdiel teplôt teplého telesa pred a po tepelnej výmene dt2=t02-t t02 [st.c] teplota teplého telesa pred tepelnou výmenou t [st.c] teplota oboch telies po tepelnej výmene Vieš aký vzťah platí pri ideálnych podmienkach medzi teplom odovzdaným telesom s vyššou teplotou a teplom, ktoré prijalo teleso s nižšou teplotou? Q1=Q2 Pomôcky: pevné teleso z neznámej látky upevnené na niti váhy kalorimeter studená voda odmerný valec, kadička rýchlovarná kanvica MFCHT pre ZŠ merací prístroj (teplotomer) zo stavebnice RoboLab (obr. č. 1-3) RoboLab software pre vyhodnotenie výsledkov tabuľka OpenOffice F9_3_vypocet.sxc
Obr. č. 1 merací prístroj (teplotomer) celkový pohľad Obr. č. 2 merací prístroj (teplotomer) detail RCX kocky
Obr. č. 3 merací prístroj software Riešenie: Do kalorimetra nalej pomocou odmerného valca primerané množstvo studenej vody (tak zo 3dl, aby v nej bolo celé teleso z neznámej látky ponorené) a poznač si hmotnosť studenej vody m1 [kg]. Odmeraj hmotnosť telesa z neznámej látky a poznač si hodnotu hmotnosti teplého telesa m2 [kg] Do prázdnej kadičky vlož teleso z neznámej látky. V rýchlovarnej kanvici nech pani učiteľka zohreje vodu (tiež tak zo 3dl) a naleje do kadičky s telesom z neznámej látky. Vyčkaj pár minút, aby sa teleso z neznámej látky dobre prehrialo, občas vodu v kadičke premiešaj a požiadaj pani učiteľku, aby prstom opáčila vodu v kadičke. Ak neudrží prst vo vode s telesom z neznámej látky (lebo je ešte silno horúca), tak zotrvajte v čakaní. Ak už pani učiteľka udrží prst v kadičke (teplota bude menej ako 50 st.c), môžeš pristúpiť k samotnému meraniu. Meranie: Do kalorimetra so studenou vodou vopchaj kovový koniec snímača teploty na vstupe 1 RCX kocky a do kadičky s teplou vodou a telesom z neznámej látky vopchaj kovový koniec snímača teploty na vstupe 3 RCX kocky. Zapni RCX kocku a spusti program. Po stlačení tlakového snímača na vstupe 2 RCX kocky sa odmeria teplota studenej vody v kadičke v 10 meraniach po 1s. Počas merania svieti žiarovka na výstupe B a počuť zvukový signál. Po ďalšom stlačení tlakového snímača sa odmeria teplota teplej vody v kadičke (a tým aj telesa z neznámej látky v nej ponorenom). Meranie je sprevádzané audiovizuálnou signalizáciou ako pri meraní prvým snímačom teploty, taktiež sa zaznamená 10 hodnôt teploty v priebehu 10s. Po zhasnutí žiarovky vyber teleso z neznámej látky z kadičky a ponor ho do studenej vody v kalorimetri. Prvý snímač teploty nechaj v kalorimetri, ponorený kovovým koncom do vody a do tretice stlač tlakový snímač na vstupe 2 RCX kocky. Prístroj (teplotomer) zaznamená teplotu v kalorimetri každých 5s.
Namerané údaje:
Z hodnôt teplôt studenej vody a teplého telesa vyjadríme priemerné teploty t01 [st.c] a t02 [st.c]. Z grafu závislosti teploty od času v kalorimetri nájdeme maximálnu hodnotu teploty t [st.c].
Z grafických závislostí dostaneme tieto hodnoty: t01=18,61st.c t02=47,00st.c t =22,60st.C
Vyhodnotenie v tabuľke OpenOffice F9_3_vypocet.sxc: Do farebne označených buniek vlož príslušné hodnoty a vypočítanú hodnotu mernej tepelnej kapacity porovnaj s tabuľkovými hodnotami rôznych látok. Základná škola s materskou školou Chlebnice Fyzika 9. ročník 3. Laboratórna úloha Určenie pevnej látky, z ktorej je zhotovené teleso, pomocou mernej tepelnej kapacity Do farebných buniek zapíš hodnoty! hmotnosť studenej vody m1 = 0,30 kg hmotnosť teplého telesa m2 = 0,50 kg teplota studenej vody t01 = 18,61 st.c teplota teplého telesa t02 = 47,00 st.c teplota po tepelnej výmene t = 22,60 st.c merná tepelná kapacita vody c = 4,18 rozdiel teplôt studenej vody dt1 = 3,99 rozdiel teplôt teplého telesa dt2 = 24,40 teplo prijaté studenou vodou Q1 = 5,00 teplo odovzdané teplým telesom Q2 = 5,00 st.c st.c kj kj merná tepelná kapacita látky, z ktorej je zhotovené teleso c = 0,41 Niektoré tabuľkové hodnoty mernej tepelnej kapacity: olovo c = 0,13 cín c = 0,23 železo c = 0,45 sklo c = 0,67 Záver: Z porovnania vypočítanej tepelnej kapacity neznámej látky, z ktorej je zhotovené teleso s tabuľkovými údajmi ide zrejme o teleso z ocele, teda železa. Vypočítaná hodnota mernej tepelnej kapacity je nižšia než tabuľková. Je to zapríčinené najmä tepelnými stratami pri tepelnej výmene (kalorimeter nebol dokonale tepelne izolovaný, straty tepla pri prenose telesa z kadičky s teplou vodou do kalorimetra). Predpoklad z úvodu, že teplo prijaté telesom z nižšou teplotou sa rovná teplu odovzdaného telesom s vyššou teplotou (Q1=Q2) platí iba v ideálnych podmienkach, v skutočnom, reálnom svete platí Q1<=Q2.