Zvyšování kvality výuky v přírodních a technických oblastech CZ.1.07/1.1.28/02.0055 Měření rychlosti rozpuštění kostek ledu v obyčejné a slané (sladké) vodě Označení: EU-Inovace-F-8-07 Předmět: Fyzika Cílová skupina:8. třída Autor: Mgr. Monika Rambousková Časová dotace: 1 vyučovací hodina Forma: skupinová (experiment) Anotace: tento experiment je vhodné zařadit do výuky při probírání učiva o tepelné výměně prouděním Cíl: porovnat rychlost rozpouštění ledu v obyčejné a slané (sladké) vodě Pomůcky: forma na ledové kostky, potravinářské barvivo, PET láhev 1,5 litru, voda, sůl, cukr, lžíce, 2 stejně velké skleničky bez potisku, 2 teplotní bodová čidla STS-BTA, LabQuest, příp. vizualizér, fotoaparát Příprava: Den před experimentem je nutné připravit barevné kostky ledu. Ve vodě rozpusťte pár zrníček potravinářského barviva. Obarvenou vodu nalijte do formy na ledové kostky a nechte v mrazničce do druhého dne zmrznout. V den experimentu nalijte do PET lahve vodu a nechte ohřát na pokojovou teplotu. Teorie Šíření tepla prouděním (konvekcí) je jeden ze způsobů šíření tepla, kdy dochází k proudění hmoty o různé teplotě. Šíření tepla prouděním není možné u pevných látek, uplatňuje se pouze u tekutin (kapalin a plynů), případně u plazmatu. Pohybem hmoty dochází k
vzájemnému pohybu jednotlivých částí, které mají odlišnou teplotu a tedy různou hustotu vnitřní energie a tím se přenáší teplo. Ve srovnání s vedením tepla může být šíření tepla prouděním rychlejší. Samovolné proudění teplejších částí tekutého systému obvykle stoupá vzhůru, protože hustota kapalin a plynů s teplotou zpravidla klesá. V zemské atmosféře obvykle hustota kapalin nebo plynů klesá s narůstající teplotou. V gravitačním poli tedy ohřáté vrstvy kapaliny nebo plynu stoupají, zatímco ty chladnější klesají dolů. Dochází tak ke vzniku proudění, při kterém se přemísťují celé části kapaliny i se svou vnitřní energií. Popsaný jev se využívá např. při ohřívání kapaliny zdola, ochlazování seshora, využívá se pro cirkulaci vody v ústředním topení. Má také velký vliv na koloběh vody v přírodě. Motivace Jak se šíří teplo z vařiče do dna nádoby a jak ve vodě v celé nádobě při ohřívání vody na vařiči, aniž bychom s vodou míchali? Jak se ohřívá vzduch v celé místnosti od radiátoru, když ho nikdo nemíchá? Tipněte si, která kostka ledu se rozpustí dříve? Před svým tipem se zamyslete nad svými dosavadními zkušenostmi s rychlostí tání ledu. Postup měření Experiment je popsán pro slanou vodu. Tentýž postup lze použít i pro sladkou vodu. Je možné zadat některým skupinám experiment se slanou a některým skupinám se sladkou vodou. 1. Žáci vysloví svůj tip a zapíší ho do pracovního listu. 2. Do obou skleniček nalijí odstátou vodu z PET lahve. 3. V jedné skleničce nechají obyčejnou vodu, vodu v druhé skleničce dostatečně osolí 2 lžíce soli na každých 100 ml vody, zamíchají. Když se všechna sůl úplně nerozpustí a zůstane na dně, nevadí. 4. Vezmou dvě kostky ledu a vloží je obě současně do skleniček. Nemíchají, pouze se dívají, která kostka se rozpustí dříve a která později. 5. Je šikovné během experimentu promítat obraz celé třídě pomocí vizualizéru. 6. Jakmile se kostky rozpustí, změří pomocí teplotních čidel připojených k LabQuestu teplotu vody na hladině a u dna v obou skleničkách. Teploty zapíší do tabulky. 7. Během experimentu obě skleničky fotí z boku a pořízené fotografie vloží do pracovního listu. 8. Vysloví a zapíší závěr. Závěrečné zhodnocení:
Pracovní list: Název úlohy: EU-Inovace-F-8-08 LABORATORNÍ PRÁCE č. Měření rychlosti rozpuštění kostek ledu v obyčejné a slané (sladké) vodě Jméno: Datum: Třída: Školní rok: Spolupracovali: Úkol: porovnejte rychlost rozpouštění ledu v obyčejné a slané (sladké) vodě Pomůcky: forma na ledové kostky, potravinářské barvivo, PET láhev 1,5 litru, voda, sůl, cukr, lžíce, 2 stejně velké skleničky bez potisku, 2 teplotní bodová čidla STS-BTA, LabQuest, stopky, příp. vizualizér, fotoaparát Postup: 1. Vyslovte svůj tip a zapište ho do pracovního listu. 2. Do obou skleniček nalijte odstátou vodu z PET lahve. 3. V jedné skleničce nechte obyčejnou vodu, vodu v druhé skleničce dostatečně osolte 2 lžíce soli na každých 100 ml vody, zamíchejte. Když se všechna sůl úplně nerozpustí a zůstane na dně, nevadí. 4. Vezměte dvě kostky ledu a vložte je obě současně do skleniček. Nemíchejte, pouze se dívejte, která kostka se rozpustí dříve a která později. 5. Je šikovné během experimentu promítat obraz celé třídě pomocí vizualizéru. 6. Jakmile se kostky rozpustí, změřte pomocí teplotních čidel připojených k LabQuestu teplotu vody na hladině a u dna v obou skleničkách. Teploty zapište do tabulky. 7. Během experimentu obě skleničky foťte z boku a pořízené fotografie vložte do pracovního listu. 8. Vyslovte a zapište závěr.
Vypracování: Můj tip: Dříve se rozpustí kostka ledu v vodě. Teplota vzduchu v místnosti C Počáteční teplota vody C. MĚŘENÍ TEPLOTA ( C) po rozpuštění ledu V obyčejné vodě u hladiny V obyčejné vodě u dna Ve slané vodě u hladiny Ve slané vodě u dna Fotografie: Závěr: Rychleji se rozpustila kostka v vodě. Odůvodnění:
Použitá literatura: [online] [ cit. 6. 3. 2014] Dostupné z: http://cs.wikipedia.org/wiki/tepeln%c3%a1_v%c3%bdm%c4%9bna_proud%c4%9bn% C3%ADm KOLÁŘOVÁ, R. BOHUNĚK, J., Fyzika pro 8. ročník základní školy Praha: Prometheus, spol. s r. o., 1999. 226 s. ISBN 80-7196-149-3 RNDr. MACHÁČEK M., Fyzika pro 8. ročník základní školy, I. Díl Praha: Scientia SPN, 1993. 95 s. ISBN 80-04-25984-5 Doc. Dr. Ing. RAUNER K. a kol., Fyzika 8 učebnice pro základní školy a víceletá gymnázia Plzeň: Nakladatelství Fraus, 2006. 128 s. ISBN 80-7238-525-9 inspirováno článkem o pokusu na http://fyzweb.cz/clanky/index.php?id=181