3 pokusy z termiky. Vojtěch Jelen Fyzikální seminář LS 2014

Podobné dokumenty
T0 Teplo a jeho měření

Termodynamika 1. UJOP Hostivař 2014

Měření měrného skupenského tepla tání ledu

Termodynamika 2. UJOP Hostivař 2014

Mol. fyz. a termodynamika

VNITŘNÍ ENERGIE. Mgr. Jan Ptáčník - GJVJ - Fyzika - 2. ročník - Termika

MOLEKULOVÁ FYZIKA A TERMODYNAMIKA

Fyzikální chemie. Magda Škvorová KFCH CN463 tel února 2013

Termodynamika. T [K ]=t [ 0 C] 273,15 T [ K ]= t [ 0 C] termodynamická teplota: Stavy hmoty. jednotka: 1 K (kelvin) = 1/273,16 část termodynamické

Molekulová fyzika a termika:

Název DUM: Změny skupenství v příkladech

Základem molekulové fyziky je kinetická teorie látek. Vychází ze tří pouček:

MOLEKULOVÁ FYZIKA A TERMODYNAMIKA

Vnitřní energie pevné látky < Vnitřní energie kapaliny < Vnitřní energie plynu (nejmenší energie)

Vnitřní energie, práce a teplo

TERMIKA II. Stacionární vedení s dokonalou i nedokonalou izolací; Obecná rovnice vedení tepla; Přestup a prostup tepla;

13 otázek za 1 bod = 13 bodů Jméno a příjmení:

TEPELNÉ JEVY. Mgr. Jan Ptáčník - GJVJ - Fyzika - Tercie

Termodynamika. Děj, který není kvazistatický, se nazývá nestatický.

SEZNAM POKUSŮ TEPLO 1 NÁVODY NA POKUSY MĚŘENÍ TEPLOT. Měření teplot. Používání teploměru. (1.1.) Kalibrace teploměru. (1.2.

Termodynamické zákony

F8 - Změny skupenství Číslo variace: 1

Vnitřní energie, práce a teplo

Fyzikální vzdělávání. 1. ročník. Učební obor: Kuchař číšník Kadeřník. Implementace ICT do výuky č. CZ.1.07/1.1.02/ GG OP VK

metoda je základem fenomenologické vědy termodynamiky, statistická metoda je základem kinetické teorie plynů, na níž si princip této metody ukážeme.

102FYZB-Termomechanika

UČIVO. Termodynamická teplota. První termodynamický zákon Přenos vnitřní energie

TERMIKA. (Petr Jizba) Doporučená literatura:

POZNÁMKA: V USA se používá ještě Fahrenheitova teplotní stupnice. Převodní vztahy jsou vzhledem k volbě základních bodů složitější: 9 5

TERMODYNAMIKA Ideální plyn TENTO PROJEKT JE SPOLUFINANCOVÁN EVROPSKÝM SOCIÁLNÍM FONDEM A STÁTNÍM ROZPOČTEM ČESKÉ REPUBLIKY.

F - Změny skupenství látek

Fyzikální učebna vybavená audiovizuální technikou, interaktivní tabule, fyzikální pomůcky

SKUPENSKÉ PŘEMĚNY POJMY K ZOPAKOVÁNÍ. Testové úlohy varianta A

SBÍRKA ŘEŠENÝCH FYZIKÁLNÍCH ÚLOH

Měření měrné telené kapacity pevných látek

Základní poznatky. Teplota Vnitřní energie soustavy Teplo

Molekulová fyzika a termika. Přehled základních pojmů

DUM č. 12 v sadě. 10. Fy-1 Učební materiály do fyziky pro 2. ročník gymnázia

Maturitní témata fyzika

Kalorimetrická měření I

VYBRANÉ STATĚ Z PROCESNÍHO INŢENÝRSTVÍ cvičení 12

Laboratorní práce č. 2: Určení měrného skupenského tepla tání ledu

IDEÁLNÍ PLYN. Stavová rovnice

Ideální plyn. Stavová rovnice Děje v ideálním plynu Práce plynu, Kruhový děj, Tepelné motory

Cvičení z termomechaniky Cvičení 2. Stanovte objem nádoby, ve které je uzavřený dusík o hmotnosti 20 [kg], teplotě 15 [ C] a tlaku 10 [MPa].

9. Struktura a vlastnosti plynů

Stanovení měrného tepla pevných látek

6. Jaký je výkon vařiče, který ohřeje 1 l vody o 40 C během 5 minut? Měrná tepelná kapacita vody je W)

Vnitřní energie, práce, teplo.

Laboratorní práce č. 2: Určení měrné tepelné kapacity látky

SKUPENSTVÍ LÁTEK Prima - Fyzika

Kinetická teorie ideálního plynu

V izolované soustavě nedochází k výměně tepla s okolím. Dokonalá izolovaná soustava neexistuje, nejvíce se jí blíží kalorimetr nebo termoska.

MOLEKULOVÁ FYZIKA A TERMODYNAMIKA

Vnitřní energie, teplo a práce

Pomůcky, které poskytuje sbírka fyziky, a audiovizuální technika v učebně fyziky, interaktivní tabule a i-učebnice

PLYNNÉ LÁTKY. Mgr. Jan Ptáčník - GJVJ - Fyzika - Termika - 2. ročník

5.4 Adiabatický děj Polytropický děj Porovnání dějů Základy tepelných cyklů První zákon termodynamiky pro cykly 42 6.

Kalorimetrická rovnice, skupenské přeměny

Práce, energie a další mechanické veličiny

Molekulová fyzika a termodynamika

Teplo, práce a 1. věta termodynamiky

Fyzikální praktikum FJFI ČVUT v Praze

Přednášky z lékařské biofyziky Biofyzikální ústav Lékařské fakulty Masarykovy univerzity, Brno

V izolované soustavě nedochází k výměně tepla s okolím. Dokonalá izolovaná soustava neexistuje, nejvíce se jí blíží kalorimetr nebo termoska.

ZMĚNY SKUPENSTVÍ LÁTEK

1. Okalibrujte pomocí bodu tání ledu, bodu varu vody a bodu tuhnutí cínu:

Měření měrné tepelné kapacity látek kalorimetrem

Termodynamika materiálů. Vztahy a přeměny různých druhů energie při termodynamických dějích podmínky nutné pro uskutečnění fázových přeměn

měření teploty Molekulová fyzika a termika Teplotní délková roztažnost V praxi úlohy

Fyzika - Sexta, 2. ročník

Fyzikální chemie Úvod do studia, základní pojmy

ABSOLVENTSKÁ PRÁCE ZÁKLADNÍ ŠKOLA, ŠKOLNÍ 24, BYSTRÉ 9. ROČNÍK. Změny skupenství. Filip Skalský, David Řehůřek

KALIMANTAN Základní škola Lipůvka 7. Obsah:

VNITŘNÍ ENERGIE, TEPLO A PRÁCE

1. Okalibrujte pomocí bodu tání ledu, bodu varu vody a bodu tuhnutí cínu:

STRUKTURA A VLASTNOSTI PLYNŮ POJMY K ZOPAKOVÁNÍ. Testové úlohy varianta A

Pomůcky, které poskytuje sbírka fyziky, a audiovizuální technika v učebně fyziky, interaktivní tabule

Číslo materiálu Předmět ročník Téma hodiny Ověřený materiál Program

Termodynamika - Formy energie

Základy molekulové fyziky a termodynamiky

ÚVODNÍ POJMY, VNITŘNÍ ENERGIE, PRÁCE A TEPLO POJMY K ZOPAKOVÁNÍ. Testové úlohy varianta A

Energie, její formy a měření

Termika. Nauka o teple se zabývá měřením teploty, tepla a tepelnými ději.

Stanislav Labík. Ústav fyzikální chemie V CHT Praha budova A, 3. patro u zadního vchodu, místnost

Číslo šablony III/2 Číslo materiálu VY_32_INOVACE_F.5.20 Autor Mgr. Jiří Neuman Vytvořeno Základy relativistické dynamiky

Vzdělávací oblast: Člověk a příroda Vzdělávací obor (předmět): Fyzika - ročník: TERCIE

PRAKTIKUM I. Oddělení fyzikálních praktik při Kabinetu výuky obecné fyziky MFF UK. úloha č. XXII. Název: Diferenční skenovací kalorimetrie

TERMOMECHANIKA 1. Základní pojmy

CELKOVÉ OPAKOVÁNÍ UČIVA + ZÁPIS DO ŠKOLNÍHO SEŠITU část 03 VNITŘNÍ ENERGIE, TEPLO.

[381 m/s] 12. Ocelovou součást o hmotnosti m z = 4 kg, měrném teple c z = 420 J/kgK, zahřátou na teplotu t z = 900 C ponoříme do olejové lázně o

soustava - část prostoru s látkovou náplní oddělená od okolí skutečnými nebo myšlenými stěnami okolí prostor vně uvažované soustavy

4. V jednom krychlovém metru (1 m 3 ) plynu je 2, molekul. Ve dvou krychlových milimetrech (2 mm 3 ) plynu je molekul

Vnitřní energie, teplo, změny skupenství Pracovní listy pro samostatnou práci

Teplota jedna ze základních jednotek soustavy SI, vyjadřována je v Kelvinech (značka K) další používané stupnice: Celsiova, Fahrenheitova

Fyzikální praktikum 1

Termodynamika (td.) se obecně zabývá vzájemnými vztahy a přeměnami různých druhů

VYBRANÉ STATĚ Z PROCESNÍHO INŽENÝRSTVÍ cvičení 11

3 Mechanická energie Kinetická energie Potenciální energie Zákon zachování mechanické energie... 9

Termomechanika cvičení

Transkript:

3 pokusy z termiky Vojtěch Jelen Fyzikální seminář LS 2014

Obsah 1. Pokus online 2. Měření teploty cihly 3. Vypařování střely

1. Kalorimetrie Zabývá se měřením tepla a studuje vlastnosti látek a jejich změny v souvislosti se změnami teploty. K měření tepla se používá kalorimetr, jehož hlavní součástí je tepelně izolovaná nádoba.

Měrná tepelná kapacita c Měrné skupenské teplo Znaménková konvence: Teplo dodané soustavě >0 Teplo odebrané ze soustavy <0

Množství vyměňovaného tepla mezi soustavou a okolím závisí na ději, jakým se výměna děje. Nejjednodušší případy při izochorickém (konstantní objem dv=0) a zároveň izobarickém (konstantní tlak dp=0) ději. Měrná tepelná kapacita je tedy různá pro různé děje (c v, c p ).

Pokus Mějme m 1 je hmotnost ledu a ϑ 1. K němu přidáme vodu o hmotnosti m 2 a teplotě ϑ 2. Na jaké teplotě se směs ustálí? Konstatnty: c vody = 4180 J.K -1 l tání(vody) = 33,4.10 4 J.kg -1 c ledu = 2090 J. K -1

Budeme zanedbávat ztráty tepla ze systému-> teplo vzniklé ochlazováním vody se musí rovnat teplu vzniklému ohříváním ledu. Q led = Q voda Led Led se první ohřeje na teplotu tání Q 1 = m 1. c l. (ϑ tání -ϑ 1 ) Poté se změní skupenství z pevného na kapalné Q 2 = m 1. l tání

Nakonec se vzniklá voda může ještě ohřát Q 3 = m 1. c vody. (ϑ-ϑ tání ) Voda Voda se bude ochlazovat z původní teploty na teplotu tuhnutí Q 4 = m 2. c vody. (ϑ 2 -ϑ tuhnutí ) Poté změní skupenství (předpokládejme l tání =l tuhnutí ) Q 5 = m 2. l tuhnutí

A nakonec se může vzniklý led ochladit Q 5 = m 2. c ledu. (ϑ tuhnutí -ϑ)

Jaké teploty chcete abychom dosáhli?

2. Šíření tepla Přenos tepla se může dít: vedením ( prostředí v němž se teplo šíří zůstává z hlediska makroskopického v klidu) Prouděním ( přenos tepla se děje v důsledku pohybu látky daného prostředí) Vyzařováním (šíření tepla není vázáno na látkové prostředí. Nositelem tepla jsou fotony o vlnové délce 10-4 - 10-7 m.

Jestliže při přenosu tepla zůstává teplota v libovolném místě prostředí konstantní v čase, mluvíme o ustáleném šíření. V případě, že teplota v dané oblasti není funkcí ani prostorových souřadnic ani času, nastává tepelná rovnováha.

Budeme uvažovat ustálené šíření tepla vedením. Pro případ jednosměrného vedení z místa o teplotě ϑ 1 do místa o teplotě ϑ 2 (ϑ 1 > ϑ 2 ), která jsou od sebe vzdálena l. Prostředí považujme za homogenní a izotropní. Dále předpokládejme ustálené vedení, tedy teplota v daném bodě je konstantí.

Pokud bude prostředí izolované, pak každým průřezem projde za jednotku času stejné množství tepla a teplota se bude měnit lineárně.

Pokud nebude prostředí izolováno, bude docházet k úniku tepla do okolí. Teplota v daném bodě bude tedy záviset na tom kolik tepla uniklo do okolí.

Pokus V druhém pokusu jsem se snažil změřit teplotu zahřívané cihly v různých vzdálenostech a tak experimentálně ověřit pravdivost předchozích tvrzení.

Testovaný objekt Předpokládejme homogenitu a izotropnost

K měření teploty jsem použil termistory. Termistor = polovodičová součástka jejíž odpor je závislý na teplotě.

Instalace termistorů

Měření neizolované soustavy

T/ C Naměřené hodnoty 45 40 35 30 25 20 1 min 4 min 15 10 5 0 0 5 10 15 20 25 30 l/cm

T/ C 80 70 60 50 40 11 min 16 min 30 20 10 0 0 5 10 15 20 25 30 l/cm

T/ C 80 70 60 50 40 20 min 24 min 30 20 10 0 0 5 10 15 20 25 30 l/cm

T/ C 80 70 60 50 40 30 20 min 24 min 33 min 41 min 51 min 62 min 76 min 20 10 0 0 5 10 15 20 25 30 l/cm

T/ C Neizolovaná 80 70 60 50 40 3 hodiny 30 20 10 0 0 5 10 15 20 25 30 l/cm

Izolovaná soustava

T/ C Izolovaná 80 70 60 50 40 3 hodiny 30 20 10 0 0 5 10 15 20 25 l/cm

3. Roztavení střely V posledním pokusu jsem se pokusil ověřit pravdivost příkladu ze skript, (Sbírka řešených příkladu z fyziky, P1.1-8) Kde narazí olověná střela o rychlosti 400 m/s narazí do zdi. 25% energie přejde do okolí. Počáteční teplota střely je 0ºC. Má se určit zda se střela roztaví.

Při řešení uvažujeme změnu kinetické energie střely na tepelnou. E k = ¾. ½ m.v 2 = m.c.δϑ+ m x. l tání m/m x = l tání /(3/8v 2 - c.δϑ) po dosazení m/m x = 1,3 -> střela se roztaví jen z části

Pokus K demonstraci jsem použil vzduchovku. Úsťová rychlost je cca 220 m/s

Terč

Jelikož diabolky jsou také z olova, pro rychlost 220 m/s a dostáváme že by se střela neměla ani z části roztavit. 3/8.m.220^2=m.129.328 + m x. 33.10^4 18 150.m = 42 312.m + m x. 33.10^4 Střelbu jsem provedl 10 krát

Možné příčiny Diabolka se stlačí na menší objem a tím dojde k zahřátí Tedy nejedná se o izochorický děj. Na diabolku nebude působit ani konstantní tlak Nejedná se ani o izobarický děj

Naměřené hodnoty úbytku váhy M před = 4,79 g M po = 4,34 g Úbytek =0,47 g

Ztráty otěrem Ztráty miniaturních úlomků Část se mohla vypařit díky nerovnoměrnému zahřívání

Zdroje: Sbírka řešených příkladů z fyziky, Maršák, Havránková, výtisk 2004 Termodynamika a statistická fyzika, Maršák, výtisk 1995 www.military-airsoft.cz www.florbalovytrener.cz www.moodle.fp.tul.cz, Kalorimetrie rozinka1.rajce.idnes.cz