Први задатак за ученике другог разреда гимназије, школска година 2023/2024
Први задатак за ученике другог разреда гимназије, школска година 2023/2024
TОПЛОТНИ КАПАЦИТЕТ И
ОСОБИНЕ ТЕЛА
Рок за предају радова је 10. фебруар
Уз многе друге интересантне особине, вода има способност да
апсорбује много топлотне енергије уз релативно малу промену температуре. Један од начина на
који ово својство директно утиче на нас је да наша тела
не мењају брзо температуру током топлих или хладних дана, пошто смо
углавном састављени од воде.
У овом пројектном задатку, одредићете како се мења
температура мале запремине воде док јој доводте прецизне количине топлотне енергије из грејног
елемента.
Ако предате одређену
количину топлотне енергије једнаким масама воде и олова, температура воде ће се
променити много мање од температуре олова. Другим речима, вода има већи
специфични топлотни капацитет од олова. Специфични топлотни капацитет је мера
топлотне енергије потребна
за повећање температуре јединичне количине супстанце за један степен.
Један од начина за мерење топлотног капацитета течности, као
што је вода, је додавање познате количине топлотне енергије познатој маси
течности и мерење промене температуре. Једначина која повезује топлотну
енергију са специфичним топлотним капацитетом, дата је једначином 1.
Q = mc (t2 - t1) (1)
- Q количина
типолоте (J).
- m маса
(kg).
- c специфични
топлотни капацитет ( J/°C kg).
- t2 температура након загревања (°C).
- t1 почетна температура (°C).
Како можете одредити колика количина топлоте је предата течности?
Када струја протиче кроз проводник он се загрева. Количина енергије
која се емитује приликом протицања
струје кроз проводник може се одредити помоћу Џуловог закона:
Q = I U t (2)
- Q eнергија
која се ослобођа у проводнику (J).
- I јачина
струје (А)
- U напон
(V).
- t време
протицања струје (s)
Ако претпоставите да се сва енергија коју производи жица апсорбује
као топлота од стране воде, можете комбиновати ове две једначине, на следећи
начин:
mc (t2
- t1) = I U t
(3)
Маса је позната јер ћете користити воду чију сте масу измерили дигиталном вагом. Промена температуре се мери
помоћу термометра (за прецизнија мерења можете
користити дигитални термометар). Струја и напон се мере помоћу мултиметра, а време
се мери помоћу штоперице. Калориметар (приказан
на слици 1) направите користећи папирну (пластичну)
чашу, поклопац (пластични).
Направите отворе за причвршћивање батерије напона 9 V, отвор за термометар и мешалицу за мешање воде. Два извода
батерије су причвршћена за жицу унутар калориметра која се загрева када струја
пролази кроз њу. Уместо жице користи графит
из оловке. Калориметар можеш обложити неким
изолатором да би се
смањио губитак топлоте. Напуните калориметар водом, повежи
струјно коло како би кроз кроз жицу (графит) протицала струја да бисте је загрејали. За
производњу струје користи се батерија од 9 V.
Можеш повезати серијски две батерије како би повећео напон. Измерите
промену температуре воде (t2 - t1). Као што је поменуто,
струја и напон се могу мерити помоћу мултиметра. Мултиметри су једноставни за
употребу и омогућавају вам да добијете нумеричке податке које можете да
укључите у горње једначине. Водите рачуна да при
мерењу напона мулиметар користите као волтметар и везујете га паралелно а при
мерењу јачине струје он се користи као амперметар и везује се редно. Обрати
пажњу на положај преклопника када уређај користиш као волтметар и као
амперметар. Пошто у експерименту користиш извор једносмерне струје подеси преклопник
на мултиметру на режим једносмерних струја.
ПРОЦЕДУРА
Загревање воде:
Измери температуру воде. Требало би да буде близу собне температуре.
Укључи мултиметар и измери тачан напон батерије. Причврсти други крај жице са
црног терминала батерије на
неискоришћени стуб на калориметру. Струја би требало да почне да тече. Мултиметром
измери јачину струје.
Покрени тајмер.
Забележите струју, напон
и време у таблицу коју си припремио.
Мешајт воду са
мешалицом отприлике сваки минут. Подеси положај мешалице тако да не додирује графит.
Забележи време, струју
и температуру у своју лабораторијску бележницу свака 3 минута.
Понови мерење више пута
(минимум пет)
Када се температура
повећа за 10 степени Целзијуса, искључите батерију из калориметра.
Понављање
процедуре
Ставите свежу воду собне
температуре у калориметар.
Понови целу наведену процедуру још два пута да бисте могли израчунати средњу вредност за специфични топлотни капацитет.
Графички представи
зависност температуре од времена (на x-оси време a на y-оси температуру) за сваки оглед.
Очекујете ли праву линију?
Анализа резултата
Израчунајте специфични
топлотни капацитет воде, користећи једначину 3.
Ако је струја варирала
између очитавања, користите просечну вредност.
За експеримент измери 17
ml (или мање) воде. Битно је да грејач (графитна шипка) буде потпуно
потопљен у води.
Израчунај средњу
вредност резултате за сва три покушаја да бисте добили коначну вредност.
Потражите специфични
топлотни капацитет воде. Каква је ваша вредност у поређењу са табличном
вредношћу?
ЗАДАТАК 2
Помоћу калориметра
одредите специфични топлотни капацитет алуминијума. Ставите алуминијумску шољу или
неки мањи предмет од алуминијума (или неког другог метала-важно је да је чист односно да није легура) 30 g у калориметар. Поновите горњи поступак
са познатом масом воде, али сада једначину 3 треба модификовати.
Qv + Qt = U I t
Размисли како ћеш развити Qv и Qt (радили смо на часовима, присетите се задатка са шкољом, кафом и шлагом))
Покушајте са другим
металима. Упоредите своје резултате са објављеним вредностима.
Користите калориметар да
одредите специфични топлотни капацитет других течности, као што су слана вода,
биљно уље итд.
ПИТАЊА
1. Која је разлика између специфичног топлотног капацитета и
топлотног капацитета?
2. Зашто вода има
релативно висок специфични топлотни капацитет?
3. Упреди своје
вредности за специфични топлотни капацитет добијене мерењем са табличним
вредностима. Да ли има разлике? Како би могао да их побољшаш?
4.
Како се објашњава да тело
човека не мења брзо температуру током топлих или хладних дана?
5. Објасни шта се дешава са енергијом током процеса. Почни од хемијске
енергије која је ускладиштена у батерији.
Ако вам је потребна помоћ при цртању графика можете посетити следећу веб локацију: https://nces.ed.gov/nceskids/CreateAGraph/default.aspx
Извор Science Buddies
Коментари
Постави коментар