Методична розробка (8 клас НУШ) - лабораторна робота № 3 «Вивчення теплового балансу за умови змішування води різної температури».
Тема. Вивчення теплового балансу за умови змішування води різної температури.
Мета: ознайомитися з будовою та принципом дії калориметра; визначити кількість теплоти, віддану гарячою водою, і кількість теплоти, одержану холодною водою, в результаті змішування води різної температури; порівняти результати.
Якщо немає калориметра теплового балансу заводського виготовлення, то можливо виготовити саморобний калориметр і дослід можливо провести навіть в домашніх умовах.
Для виготовлення калориметра взято алюмінієву кружку ємністю 580 мл з масою 106 г. Конструкція саморобного калориметра показано на фото 1. На дно пластикової коробки ставимо листок термоізоляційної плівки, а навколо алюмінієвої кружки заповнюємо пінопластом. Кришка калориметра також має шар термоізоляційної плівки. В кришці є отвір для поміщення термометра.
Фото 1 Оскільки калориметр великого об’єму, то необхідно брати велику кількість холодної води і велику кількість гарячої води.
Калориметр необхідно ставити поблизу мензурки з кип’ятком і воду з мензурки швидко переливати в калориметр.
Обладнання: мензурка, термометр, калориметр саморобний, банка з холодною водою, кип’яток в чайнику, паперові серветки, мішалка, столова ложка.
Хід роботи:
1) Визначте ціну поділки шкал вимірювальних приладів: мензурки, термометра.
2) Залити в мензурку 300 мл холодної води і перелити воду в калориметр.
3) Залити 0,5 л води в чайник – поставити чайник на газову горілку, закип’ятити воду.
4) Виміряти температуру холодної води в калориметрі – вона становить 14 ОС (при даному досліді так було).
5) Поставити в мензурку столову ложку і вилити з чайника кип’яток (100 ОС), 150…200 мл в колориметр, і забравши ложку ополоснути мензурку кип’ятком – обережно вилити кип’яток з мензурки.
6) Залити в гарячу мензурку з чайника кип’яток (100 ОС), 200 мл і швидко (обережно!) перелити в колориметр, перемішати мішалкою, закрити кришкою і виміряти температуру змішаної води в калориметрі – вона становить 46 ОС (при даному досліді так було).
7) Результати вимірювань і розрахунки заносимо до таблиці.
Таблиця 1
Маса калориметра, mк, кг | Маса гарячої води, mг, кг | Маса холодної води, mx, кг | Температура гарячої води, tг, °С | Температура холодної води, tx, °С | Температура суміші, tc, °С | Кількість теплоти, одержана холодною водою, Q1, Дж | Кількість теплоти, віддана гарячою водою, Q2, Дж | Кількість теплоти, Отримана калориметром, Qк, Дж |
0,106 | 0,2 | 0,3 | 100 | 14 | 46 | 40320 | 45360 | 3121 |
8) Розрахуємо за формулою Q1 = cmx(tc - tx) кількість теплоти, яку одержала холодна вода від гарячої.
9) Розрахуємо за формулою Q2 = cmг(tг - tc) кількість теплоти, яку віддала гаряча вода холодній (c = 4200 Дж/(кг • °С)).
10) Розрахуємо за формулою Qк = cкmк(tc - tx) кількість теплоти, яку одержала від гарячої води внутрішня посудина калориметра (cк = 920 Дж/(кг • °С)).
11) Провести розрахунки по приведеним формулам.
12) Перевіремо рівняння теплового балансу: Q2 = Q1 + Qк. Порівняємо одержані результати, розрахувавши відносну похибку вимірювань.
Визначте масу холодної води: mх=ρводи Vх . 1 мл = 1 см3, pв = г/см3
Розрахунки:
Q1 = 4200 × 0,3 × (46 – 14) = 40320 Дж
Q2 = 4200 × 0,2 × (100 – 46) = 45360 Дж
Qк = 920 × 0,106 × (46 – 14) = 3121 Дж
Qсум. = Q1 + Qк = 40320 + 3121 = 43441 Дж
Обчислимо відносну похибку при вимірюваннях по формулі:
ɛ = |1 – Qсум. / Q2| × 100 % = |1 – 43441/45360|× 100 % = 4,2%
Враховуючи те, що калориметр саморобний, то відносна похибка допустима.
Калориметр в робочому стані показано на фото 2.
В даній лабораторній роботі використовувався термометр до 50 ОС і температура кип’ятку не вимірювалась. Якщо використати термометр з шкалою на 100 ОС, то можливо виміряти температуру гарячої води і взяти гарячу воду її з любою температурою (80 ОС – 100 ОС).
Техніка безпеки: будьте особливо обережними при кип’ятінні води. Не
Фото 2 допускайте перевищення допустимих для термометра меж вимірювання. Категорично забороняється працювати з ртутними термометрами. Обережно переливати кип’яток з чайника в мензурку і з мензурки в калориметр.
Література:
1. Автор: Бабин Дмитро Святославович, Інтернет,
https://radioelectronics-ur5ydn.jimdofree.com/8-клас-лабораторні-роботи-з-фізики/
