Тепловое действие тока калориметр

Физика

План урока:

Изменение внутренней энергии в расчетах

Работа и теплообмен (теплопередача) – два пути, изменяющих внутреннюю энергию. В преодолении этих путей внутренняя энергия изменяется или на величину совершенной работы А или на величину Q – количество переданной (может быть и отданной) теплоты.

(В седьмом классе было введена буква Δ для обозначения изменения какой-нибудь физической величины. Это использование прописной греческой буквы общепринято).

Пусть через ΔU обозначается изменение внутренней энергии. Тогда ΔU = U₂ – U₁. Здесь U₂ – конечная, а U₁ – начальная внутренняя энергия.

В зависимости от пути изменения ΔU можно определить следующими способами:

ΔU = А (если совершается работа) или ΔU = Q (если произошел теплообмен). Изменение ΔU может одновременно пройти двумя способами. И тогда для общего случая:

Согласно уравнению ΔU = Q + A,

Величина ΔU находится математическими расчетами. Результат вычислений бывает как отрицательной, так и положительной:

• U₂ ˃ U₁, то есть энергия растет, тогда ΔU ˃ 0;
• U₂ ˂ U_1, то есть энергия убывает, тогда ΔU˂ 0.

Слагаемые работа и количество теплоты в равенстве ΔU = Q + A так же могут обладать разными знаками:

• работает внешняя сила, значит, А˃ 0;
• работает само тело — А˂ 0;
• тело получает тепло – Q ˃ 0;
• тело отдает тепло – Q ˂ 0.

На примере это выглядит так.

Внимательно изучив уравнение ΔU = Q + A, можно заметить следующее: если систему рассматриваемых тел изолировать, то есть не выполнять работу, и не дать возможности обмена теплом с внешней средой, то внутренняя энергия тела не сможет изменяться. Это утверждение определяет закон сохранения внутренней энергии и означает, что тепловое движение постоянно.

Еще один важный вывод следует для двух тел, находящихся в изолированном состоянии. При плотном контакте этих тел, начинается процесс теплообмена, что будет продолжаться до той поры, пока температура не выровняется у обоих тел.

Тела изолированы, а значит, изменяется только их внутренняя энергия, причем на величину тепла (ΔU = Q). Тело холодное получило тепло, а теплое — это тепло отдало.

Почему в нем присутствует знак модуля? Дело в том, что получение тепла имеет положительное значение, а отдача тепла – отрицательное. Но модули этих чисел равны (модуль – это абсолютное числовое значение величины).

Что означает удельная теплоемкость?

Удельное княжество, удельные земли, удел, как судьба или участь, конечно же, не имеют никакого отношения к физике. Но все же они обозначают что-то отдельное, часть, долю. Вот и в случае с теплотой используется понятие удельной теплоемкости вещества, как величины, связанной с частью, а вернее, с единицей объема этого вещества.

Такой простой опыт можно провести в домашних условиях. В равные емкости налить молока и воды одной массы. Нагревать на одинаковых горелках. Термометром для жидкостей следить за температурой обоих веществ. Не пройдет и минуты, станет заметно, что молоко нагревается быстрее.

Это значит, что для нагрева воды до той же температуры, что и молоко, нужно тепла больше.

Величина, которая характеризует степень поглощения (или выделения) тепла веществом в физике называется удельной теплоемкостью. Чтобы выяснить, что она означает, надо взять единицу массы вещества (1 кг) нагреть его на 1 о С. То количество джоулей тепла, которое поглотится телом при этом и является удельной теплоемкостью данного вещества. Или наоборот, то количество тепла, которое выделится при охлаждении 1 кг вещества на 1 о С — это та же самая удельная теплоемкость. Обозначают эту величину буквой c.

Теперь объяснима разница в нагревании молока и воды. Удельные теплоемкости этих веществ различны: вода – 4200 Дж/кг∙ о С, молоко – 4020 (нежирное) и 3875 Дж/кг∙ о С (жирное). Это значит, что нагреть молоко легче, чем воду. Из веществ, приведенных в таблице, вода – самое теплоемкое вещество.

Стоит обратить внимание, что в разных агрегатных состояниях, удельная теплоемкость одного и того же вещества различна. Это зависит от того, что структура вещества в разных состояниях различна.

Какое количество тепла выделяется или поглощается?

Чтобы ответить на этот вопрос, надо выяснить от чего зависит количество теплоты. Зависимость от рода вещества показана на примере нагревания молока и воды. Но этого недостаточно.

Нетрудно догадаться, что тепла понадобится больше, если нужно нагреть воду до горячего состояния, а не сделать ее только теплой. В процессе охлаждения тепла выделится больше от горячей воды, чем от теплой. А характеризует степень нагретости тела температура. Значит, чем больше разница в начальной и конечной температуре, тем большее количество тепла выделяется или поглощается телом.

Разность температур – это Δt = t_кон — t_нач .

Теперь еще одна зависимость. Даже младший школьник мог наблюдать у себя на кухне, что целая кастрюля воды нагреваться будет намного дольше, чем половина кастрюли, если ее греть.

Это значит, количество тепла, потребляемого телом или выделяемого им, зависит от массы тела.

Получается прямая зависимость тепла от трех величин:

• характеристики вещества (удельной теплоемкости);
• величины, на которую изменится температура;
• количественной характеристики тела (массы).

Следует обратить внимание на Δt. Если t_кон ˃ t_нач, разность температур положительна, значит тело нагревается, идет процесс потребления тепла. Если t_кон ˂ t_нач, разность температур отрицательна, тело охлаждается, происходит выделение тепла.

Термос. Сосуд Дьюара. Калориметр

Достаточно часто требуется остановить или задержать процесс остывания. В бытовых целях для этого используются термосы. Устройство их несложно. Главную роль здесь играет прослойка с низкой теплопроводностью между стенками двойного стеклянного (бывает и из другого вещества) сосуда.

Для сохранения повышенных или пониженных температур веществ в промышленности, медицине, ветеринарии, косметологии, лабораториях используют теплонепроницаемый сосуд, который носит название своего изобретателя – сосуд Дьюара.

Состоит сосуд из двух основных резервуаров, изготовленных из термостойкого алюминия. Меньший резервуар находится внутри большего и скреплен с ним небольшими прочными перемычками. Внешний резервуар покрыт защитным веществом, а внутренний очень хорошо отполирован. Сосуд закрыт непроводящей тепло пенопластиковой крышкой. Устройство сосуда Дьюара аналогично строению обычного бытового термоса, но термос – это упрощенный вариант дьюаровского изобретения.

Изначально сосуды Дьюара применялись для легко испаряющихся жидкостей. Теперь же эти сосуды используют для поддержания и сохранения свойств веществ при необходимых температурах. Чаще других в таких сосудах хранят жидкий азот, применение которого очень разнообразно:

• удаление недоброкачественных и доброкачественных опухолей в медицине;
• удаление бородавок и папиллом в косметологии;
• транспортировка биоматериалов для искусственного оплодотворения животных в ветеринарии;
• научные исследования в лабораториях;
• достижение прочности металлов в машиностроении;
• шоу, развлечения.

приготовление мороженого, заморозка сметаны или фруктов в кулинарии

Шоу Источник Заморозка фруктов Источник

При исследованиях в школе и проведении опытов вместо сосудов Дьюара и термосов используют более простой прибор, который называют калориметром

Такое приспособление не может исключить полную связь содержимого внутреннего сосуда с внешней средой. Чтобы потеря тепла во внешнюю среду была минимальной, нужно опыты проводить достаточно быстро.

Используя калориметр, в условиях учебного класса можно проверить справедливость уравнения теплового баланса. Для этого понадобится одинаковое количество (например, 50 г) холодной и горячей воды, калориметр и термометр.

Пусть в первом калориметре температура горячей воды 80 о С, а во втором — комнатная температура, равная 20 о С.

Нужно аккуратно холодную воду перелить в калориметр с горячей водой. Полученную смесь осторожно перемешать термометром (трубочку или ложку для смешивания брать не стоит, чтобы лишний раз не нарушать выбранную изолированную систему тел).

Начальные температуры воды и температуру смеси записать и использовать в дальнейших расчетах. Учитывая табличное значение удельной теплоемкости воды (4200 Дэ/кг о С), взятую массу (50 г = 0, 05 кг), вычисления будут следующими:

Конечно, такой результат может получиться лишь теоретически. В опыте с калориметром есть недостаток в том, что существует недостаточная изоляция системы рассматриваемых тел. Тепло горячей воды попадает во внешнюю среду, так как калориметр с горячей водой не закрыт. Нельзя забывать, что измерения проводятся с определенной долей погрешности.

Но суть проделанных набольших исследований понятна и подтверждает уравнение теплового баланса.

Где взять тепло?

Ответ прост. При сгорании топлива, виды которого разнообразны.

Отопительная ценность, например, каменного угля определяется количеством тепла, выделяющегося в процессе сгорания одного его килограмма.

Откуда в угле берется тепло? По одной из теорий топливные материалы, такие как уголь и торф, образовались из растений.

Некогда почти вся земля была покрыта растительностью, главным образом гигантскими лесными чащами. На месте сваленных бурей деревьев вырастали новые. С течением времени образовался толстый слой гниющего дерева. Некоторые пространства земного шара были опустошены буйными ураганами или сползающими ледниками. Пространства эти со временем покрыл ил, нанесенный волнами рек и морей. Или же землю засыпал песок пустынь. В таких условиях бревна, находящиеся под большим давлением и без доступа воздуха, образовали слой вещества, которое теперь называют каменным углем.

Долгое время тепло от сгорания топлива измерялось в калориях (1 кал) – это количество тепла, необходимое для нагревания 1 г воды на 1 о С. Большая калория – килокалория (1 ккал) – количество тепла, необходимое для повышения температуры 1 килограмма воды на 1 о С.

Сейчас вместо калорий и килокалорий используются Джоули и единицы, производные от 1 Джоуля.

Эта величина тепла называется удельной теплотой сгорания топлива и обозначается буквой q.

Например, табличное значение для природного газа, который сейчас очень широко применяется, q = 4,4 ∙ 10 7 Дж/кг означает: при сгорании 1 кг природного газа выделяется 4,4 ∙ 10 7 Джоулей тепла.

Если сгорает не один килограмм топлива, то полученное количество выделившегося тепла определяется формулой Q = qm.

Само тепло получается, как результат изменения опять же внутренней энергии сгорающего топлива. Горение происходит всегда с участием кислорода. При этом атомы кислорода, соединившись с атомами углерода (содержится и в древесном угле, и в каменном, и в нефти, и бензине), образуют продукт горения – это углекислый газ. Его молекулы обладают кинетической энергией большей, чем молекулы кислорода и углерода, отдельно взятые. Следовательно, внутренняя энергия становится больше и проявляется в виде выделения тепла.

Процесс увеличения энергии во время горения называют выделением энергии, то есть выделением тепла.

Чтобы можно было использовать тепло от сгоревшего топлива, человеком с давних пор применяются и простые, и сложные приспособления. Это костер, свеча, печь, газовая горелка, спиртовка, тепловые машины, двигатели.

На службе человека находятся и такие мощные преобразователи тепла, как тепловые электростанции.

Лабораторная работа №1 по физике 8 класс (ответы) — Сравнение количеств теплоты при теплообмене

вкл. 17 Октябрь 2016 .

Лабораторная работа №1 по физике 8 класс (ответы) — Сравнение количеств теплоты при теплообмене

1. Определите и нанесите таблицу изменение температуры тёплой воды ? t₂ = t₃ — t₂.

1. Определите и занесите в таблицу изменение температуры хо­лодной воды ?t₁ = t₃ — t₁.

1. Определите массы холодной m₁ и теплой m₂ воды.

m = S · V;
V₁ = V₂ = 100 мл = 0,1 л = 10 -4 м 3 = 0,0001 м 3 ;
S = 1000 км/м 3 , m = 0.0001 м 3 · 1000 кг/м 3 = 0,1 кг.

Значения V₁, V₂ объемов и масс m₁, m₂ холодной и теплой воды занесите в таблицу.

1. Рассчитайте и занесите в таблицу количество теплоты, отдан­ное теплой водой Q₂ = cm₂dt₂.

1. Рассчитайте и занесите в таблицу количество теплоты, полу­ченное холодной водой Q₂ = cm₁dt₁.

Q2 = cm1dt1;
c = 4200 Дж/кг°С;
Q1 = 4200 Дж/кг°C · 0.1 кг · 25°C = 10500 Дж.

1. Сравните модули количеств отданной и полученной теплот и объясните причину их несовпадения.

-9660 3 , V = 100 мл, тогда m = 1000 кг/м 3 · 100 мл = 0,1.

1. Почему калориметр имеет двойные стенки?

Слой воздуха между стенками колориметра уменьшает отдачу теплоты окружающим телам.

1. Почему холодную воду лучше брать комнатной температуры?

Если взять холодную воду комнатной температуры, то отсутствуют тепловые передачи, т.к. при равенстве температуры нет теплообмена воды с окружающей средой.

1. Будут ли равны модули изменения температуры и количест­ва отданной и принятой теплот, если использовать неравные массы теплой и холодной воды?

Нет. Они не будут равны, т.к. нельзя использовать неравные массы тёплой и холодной воды.

Суперзадание

Объясните, как влияет на полученные результаты участие в теплообмене калориметра. Всегда ли можно этим влиянием пренебречь?

Калориметр делает результаты более точными, т.к. при передаче энергии в среду он снижает её (энергии) потерю. Пренебрегать влиянием можно не всегда, а только тогда, когда когда удельная теплоемкость и масса внутреннего стакана калориметра мала по сравнению с массой жидкости, находящейся в калориметре.

Индивидуальный проект «Изготовление калориметра в домашних условиях»

Пурклова Наталья Сергеевна
Индивидуальный проект «Изготовление калориметра в домашних условиях»

Изготовление «баночного» калориметра

Индивидуальный проект

Глава 1. Тепловые явления

1.1. Физика и тепловые явления

1.2. Что такое калориметр?.

Глава 2. Изготовление «баночного» калориметра

2.1. Методика изготовления «баночного» калориметра…

2.2. Проведение эксперимента ….

Актуальность исследования. В окружающем нас мире происходят различные физические явления, которые связаны с нагреванием и охлаждением тел. Такими словами, как «холодный» и «горячий», мы указываем на различную степень нагретости- температуру. Явления, связанные с нагреванием или охлаждением тел, с изменением температуры, называют тепловыми. К таким явлениям относятся, например, нагревание и охлаждение воздуха, таяние льда, нагревание воды, плавление металлов.

Представить мир сегодня без этих явлений уже невозможно. Возможно, эти вопросы мало кому покажутся важными, но наверняка, абсолютно всем интересно узнать на них ответ, более того, мы считаем что человек, хотя бы раз, погрузившийся в мир физики, просто обязан знать ответы на эти вопросы.

Цель работы: Изготовить калориметр в домашних условиях и проверить его работу

1. Изучить и проанализировать литературу по проблеме исследования.

2. Изготовить калориметр в домашних условиях.

3. Провести исследование

Объект исследования: тепловые явления.

Предмет исследования: калориметр

Глава 1. Тепловые явления

1.1. Физика и тепловые явления

Физические процессы, протекающие в телах при их нагревании или охлаждении, принято называть тепловыми явлениями. Нагревание и охлаждение воздуха, таяние льда, плавление металлов, кипение воды – вот некоторые примеры тепловых явлений.

Исторически сложилось так,что тепловые явления изучаются двумя разделами физики: термодинамикой и молекулярной физикой. Эти разделы отличаются друг от друга различным подходом к изучаемым явлениям. Однако они не противоречат друг другу, а взаимно дополняют.

Уже в Древней Греции люди пытались объяснить природу теплого и холодного, наделяя каждое тело определенным количеством некой субстанции (вещества, которую они называли «огнем». Больше всего «огня» при этом, по их воззрениям, находилось в пламени, меньше всего – во льду. Например, нагревание холодного тела горячим телом они пытались объяснить переходом «огня» от теплого предмета к холодному. Представления древних греков о сущности теплого и холодного были возрождены наукой средних веков в гипотезе о теплороде и флогистоне. Отголосок этих воззрений сохранился в изменившемся виде в физике до сих пор в той терминологии, которую она использует при объяснении тепловых явлений, т. е. в словах и выражениях, хотя смысл слов стал иным.

Термодинамика, или общая теория теплоты является аксиоматической наукой. В ее основе лежат общие принципы или, как их называют по-другому, начала, являющиеся обобщением опытных фактов. Теплота при этом рассматривается как род некоторого внутреннего движения, но что это за движение, какова его природа, термодинамика не конкретизирует.

Это неумение термодинамики раскрыть природу теплоты заставило физиков XIX века попытаться построить молекулярно-кинетическую теорию так, чтобы она могла давать правильные не только качественные, но и количественные ответы.

Молекулярная физика исходит из представления об атомно-молекулярном строении вещества и рассматривает теплоту как беспорядочное непрерывное движение атомов и молекул. Молекулярно-кинетическая теория, в принципе, позволяет дать объяснение любому тепловому процессу или явлению.

1.2. Что такое калориметр?

Калориметр- это прибор, применяемый во многих опытах по тепловым явлениям. Он состоит из внешнего и внутреннего сосудов, разделенных воздушным промежутком, и крышки с отверстием для термометра. Такое устройство позволяет уменьшить влияние внешней среды на процесс теплообмена внутри калориметра

Глава 2. Изготовление «баночного» калориметра

2.1. Методика изготовление «баночного» калориметра

Практическая часть «Изготовление «баночного калориметра»».

Нам удалось изготовить «баночный» калориметр в домашних условиях.

Перед началом работы необходимо подобрать материалы (бутылку или банку) таким образом, чтобы диаметр бутылки – заготовки для внешнего стакана – был несколько больше диаметра металлической банки – внутреннего стакана

Мы обработали острые края металлической банки, загнув их плоскогубцами

Ножницами аккуратно обрезали пластмассовую бутылку так, чтобы в неё полностью поместилась металлическая банка

Из оставшихся обрезков пластмассовой бутылки при помощи ножниц вырезали подставку для внутреннего стакана. Приклеили её клеем ко дну внешнего стакана

Из тех же обрезков при помощи ножниц вырезали направляющие и приклеили их с внутренней стороны внешнего стакана. Подставка и направляющие необходимы для того, чтобы уменьшить площадь соприкосновения внутреннего и внешнего стаканов, тем самым уменьшили теплообмен с окружающей средой

Вставили металлическую банку во внешний пластмассовый стакан.

Проделали в полиэтиленовой крышки отверстие для термометра. Закрыли калориметр крышкой. Калориметр готов

Налили в чашку горячей воды объёмом примерно 150-200 мл. При помощи термометра проследили, как изменяется температура воды в чашке в течении времени 20 мин. Для этого каждые 5 минут измеряли температуру воды при помощи термометра

Провели те же измерения, налив такой же объём воды в изготовленный нами калориметр

Результаты измерений занесли в таблицу

2.2. Проведение эксперимента

Мы провели исследование, в ходе которого нам было интересно узнать,в каком из сосудов: заводском калориметре или в изготовленном, вода остывает быстрее?

Результаты исследования были обработаны и представлены в виде таблицы.

Время,мин 0 5 10 15 20

Температура воды в самодельном калориметре,С 78 70 68 57 50

Температура воды в заводском калориметре,С 79 73 62 60 55

В ходе выполнения данного проекта мы более подробно изучили тему «Тепловые явления».

Нам удалось изготовить калориметр своими руками в домашних условиях и проверить его работу.

1. Физика. 8 класс. Учебное пособие для общеобразовательных организаций под редакцией Ю. А. Панебратцева. Москва «Просвещение», 2016 г

2. Физика. Тетрадь- практикум, 8 класс. Учебное пособие для общеобразовательных организаций под редакцией Ю. А. Панебратцева. Москва «Просвещение», 2016 г

Исследовательская работа «Выращивание кристаллов в домашних условиях» Муниципальное общеобразовательное учреждение «Сибиряковская основная общеобразовательная школа» Выращивание кристаллов в домашних.

Изготовление бумаги в домашних условиях в подготовительной группе Муниципальное дошкольное образовательное учреждение – детский сад «Звездочка» комбинированного вида Выполнила: Кузнецова Софья.

Консультация «Наблюдение за природой в домашних условиях» КОНСУЛЬТАЦИЯ ДЛЯ РОДИТЕЛЕЙ «НАБЛЮДЕНИЕ ЗА ПРИРОДОЙ ДОМА» Замечательный педагог Василий Александрович Сухомлинский писал: «Человек был и.

Основные правила закаливания ребенка в домашних условиях Смысл закаливания в многократно повторяющихся однотипных нагрузках, чаще всего Холодовых, в результате чего вырабатывается тренированность.

Презентация «Экспериментирование в домашних условиях» АКТУАЛЬНОСТЬ: «Расскажи – и я забуду, покажи – и я запомню, дай попробовать — и я пойму». Ребенок усваивает все прочно и надолго когда.

Проект «Приготовление шоколада в домашних условиях» Проект «Приготовление шоколада в домашних условиях» Цель проекта: Приготовить шоколад в домашних условиях. Задачи: 1. Изучить некоторые.

Конспект занятия «Радуга в домашних условиях» Радуга в домашних условиях. Цель исследования: определить, что такое радуга, как она образуется, и можно ли получить радугу в домашних условиях.

Сказкотерапия в домашних условиях Сказки — это способ передачи детям различных способов поведения людей. Если речь идет о народных сказках, то и менталитета, национального.

Консультация «Укрепляем здоровья ребенка в домашних условиях» Укрепление здоровья ребенка — это не периодические мероприятия, а идеалогия воспитания, поведенческая база, которая останется с человеком.

Этапы работы в технике «Пластилинография» в домашних условиях Чтобы было несложно организовать обучение ребятишек в домашних условиях, специалистами разработана методика пластилинографии для детей,.

Лабораторная работа по физике, 8 класс. Исследование температуры остывания воды с течением времени

Описание: Практикум рассчитан на учащихся 8 класса, он позволяет закрепить знания о физических приборах, о тепловых процессах, навыки определения цены деления приборов и снятия с них показаний.
Школьники приобретут навыки практического характера и самостоятельности в обучении, способности к анализу, оценки своей работы с помощью критериев, умению применять полученные знания в жизни.
Работа в парах или малых группах позволяет совершенствовать языковые навыки: ученики в устной и письменной форме используют физическую терминологию (калориметр, термометр, правила измерения температуры, цена деления прибора, погрешность измерения, зависимость изменения температуры от времени).
Межпредметная интеграция на уроке реализуется через применение необходимых математических знаний для построения графика.

Цель: обобщение и систематизация знаний учащихся при выполнении работ с физическим оборудованием.
Дифференцированная цель:
Все учащиеся будут: знать правила техники безопасности в кабинете физики, познакомиться с устройством термометра, правилом измерения температуры, научиться ее измерять.
Большинство смогут: построить график зависимости изменения температуры остывающей воды от времени, определять факторы, влияющие на проведение эксперимента
Некоторые cмогут: анализировать результаты эксперимента для последующего вывода, описывать измерение температуры на основе теплового расширения.
Задачи:
Образовательная: закрепить знания о следующих физических явлениях и величинах: теплообмен, внутренняя энергия, температура, измерения.
Развивающая: формировать интеллектуальные компетенции: сравнение, анализ, составление алгоритма, плана действий, обобщение.
Воспитательная: формировать сознательную дисциплину, трудолюбие, коммуникативные компетенции.

План урока
1. Оргмомент.
2. Актуализация изученного.
3. Инструктаж по ТБ и выполнению лабораторного практикума.
4. Выполнение практического задания.
5. Рефлексия.
6. Домашнее задание.

Ответ: термометр, секундомер, песочные часы, мензурка с водой, электрический чайник.
Новым прибором является калориметр. Калориметр состоит из двух сосудов, разделенных воздушным промежутком. Дно и стенки внутреннего сосуда отделены от внешнего сосуда пористым пенопластом. Это позволяет уменьшать теплообмен содержимого внутреннего сосуда с внешней средой, хотя избежать его совсем не удастся.
ФО: 3 хлопка (за каждый правильный ответ)

3. Инструктаж по ТБ

Самооценка работы групп

Необходимо отметить на шкале термометра (галочкой или плюсом) свое положение по степени выполнения всех критериев оценки и поставленной вначале цели урока.
При наличии времени обсуждение результата урока.

6. Домашнее задание: Провести наблюдение за тепловыми явлениями в быту в течение недели.
Описать явление по примерному плану:
1) внешние признаки;
2) условия протекания;
3) предполагаемое объяснение механизма протекания явления.