Методична розробка (8 клас) - лабораторна робота: «Вивчення теплового балансу за умови змішування води різної температури»

Методична розробка (8 клас) - лабораторна робота:  «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 Маса Маса Температ Температура Температ Кількість Кількість Кількість теплоти, калориме гарячої холодної ура холодної ура теплоти, теплоти, Отримана

тра, m_к, кгводи, m_г, води, m_x, кг    гарячої   води, t_x, °С             суміші, t_c, одержана            віддана кг   води, t_г, °С            холодною             гарячою

                                                                          °С                                                        водою, Q1, водою, Q2, Дж калориметром, Qк, Дж

Дж

0,106       0,2        0,3       100        14            46     40320        45360                   3121

8)     Розрахуємо за формулою Q₁ = cm_x(t_c - t_x) кількість теплоти, яку одержала холодна вода від гарячої.

9)     Розрахуємо за формулою Q₂ = cm_г(t_г - t_c) кількість теплоти, яку віддала гаряча вода холодній (c = 4200 Дж/(кг • °С)).

10)  Розрахуємо за формулою Q_к = c_кm_к(t_c - t_x) кількість теплоти, яку одержала від гарячої води внутрішня посудина калориметра (c_к = 920

Дж/(кг • °С)). 

11)  Провести розрахунки по приведеним формулам.

12)  Перевіремо рівняння теплового балансу: Q₂ = Q₁ + Q_к. Порівняємо одержані результати, розрахувавши відносну похибку вимірювань.

Визначте масу холодної води: m_х=ρ_води V_х . 1 мл = 1 см³, p_в = г/см³  Розрахунки:

Q₁ = 4200 × 0,3 × (46 – 14) = 40320 Дж

Q2 = 4200 × 0,2 × (100 – 46) = 45360 Дж Q_к = 920 × 0,106 × (46 – 14) =  3121 Дж

 Q_сум. = Q1 + Q_к = 40320 + 3121 = 43441 Дж

Обчислимо відносну похибку при вимірюваннях по формулі:  ɛ = |1 – Q_сум. / 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-зфізики/   

Автор: Бабин Дмитро Святославович