Pozor! Jste na staveništi. Více informací zde.
logo RVP.CZ
Přihlásit se
Titulka > Modul články > Gymnaziální vzdělávání

Zobrazit na úvodní stránce článků

Titulka > Modul články > Gymnaziální vzdělávání > Měření s teploměrem: Tepelná kapacita ka...

Měření s teploměrem: Tepelná kapacita kalorimetru

Praktický příspěvek
inspirace
Autor Jakub Jermář
Spoluautor: prof. PhDr. Martin Bílek , Ph.D. , Bc. Petr Kácovský
Cílem této úlohy je experimentálně stanovit tepelnou kapacitu kalorimetru složeného ze dvou otevřených kádinek vsunutých do sebe. Měření provedeme za pomoci teploměru připojeného k počítači.

Tepelná kapacita kalorimetru

Cílem této úlohy je stanovit tepelnou kapacitu kalorimetru složeného ze dvou otevřených kádinek vsunutých do sebe. Měření provedeme s teploměrem Vernier Go!Temp připojeným k počítači (školy si mohou tento teploměr zdarma zapůjčit na http://www.vernier.cz/zapujcka/nabidka/rvp).

Pomůcky:

  • USB teploměr Vernier Go!Temp
  • kádinky 100 cm3 a 150 cm3
  • odměrný válec
  • obyčejný laboratorní teploměr
  • elektrický vařič, kahan nebo rychlovarná konvice
  • magnetická míchačka (např. Vernier STIR) nebo míchací tyčinka
použité pomůcky
používané pomůcky

Chemikálie:

  • teplá a studená voda

Postup při měření:

postup spuštění
postup spuštění

  1. Připojení USB teploměru: Spusťte program Logger Lite a do USB portu počítače připojte teploměr Vernier Go!Temp. Dojde k jeho automatickému rozpoznání a objeví se připravený prázdný graf.
  2. Parametry měření: Měření je automaticky nastaveno na dobu trvání 180 s a vzorkovací frekvenci 2 Hz. Tyto parametry pro naše měření vyhovují, pokud byste je přesto chtěli změnit, vyberte možnost Experiment – Sběr dat nebo použijte klávesovou zkratku CTRL+D. V okně, které se následně objeví, můžete parametry měření změnit.
  3. Pomocí vařiče, kahanu, konvice apod. si připravte „stranou“ 50 cm3 vody o teplotě přibližně 50 °C – tuto teplotu měřte obyčejným laboratorním teploměrem.
  4. Do kalorimetru složeného ze dvou do sebe vložených kádinek nalijte 50 cm3 vody o laboratorní teplotě (budeme jí říkat „studená“), ponořte do ní USB teploměr a začněte míchat. Chcete-li si usnadnit míchání, použijte magnetickou míchačku Vernier STIR.
  5. Spusťte měření zeleným tlačítkem nebo pomocí mezerníku na klávesnici.
  6. Začne se vykreslovat závislost teploty na čase. Po uplynutí 50 s měření přilijte do kalorimetru teplou vodu. Těsně před přilitím si poznamenejte, jaká je její teplota! Na grafu, který se vykresluje, můžete pozorovat, jak se teplota vody v kalorimetru ustaluje. Měření se po uplynutí 180 s automaticky ukončí.

Práce s výsledky:

Tepelná kapacita kalorometru – budeme ji značit C – je veličina udávající množství tepla potřebné k ohřátí kalorimetru o 1 °C, resp. 1 K. Její jednotkou je tedy J·K-1.

K určení tepelné kapacity kalorimetru složeného ze dvou kádinek použijeme kalorimetrickou rovnici pro naši soustavu. Na levé straně je vyjádřeno teplo odevzdané teplou vodou (Q1), na straně pravé teplo přijaté studenou vodou (Q2) a kalorimetrem (QK):

`Q_1=Q_2+Q_K`

Tuto rovnici pak můžeme rozepsat:

`cm_2(t_2-t)=cm_1(t-t_1)+C(t-t_1)`

kde c je měrná tepelná kapacita vody, m1 hmotnost studené vody, m2 hmotnost teplé vody, t1 teplota studené vody, t2 teplota teplé vody a t výsledná teplota po ustálení.

Odtud lze tepelnou kapacitu kalorimetru vyjádřit jako:

`C=(c(m_2(t_2-t)-m_1(t-t_1)))/(t-t_1)`

Hodnoty t1 a t získáme z vykresleného grafu, hodnotu t2 odečteme před slitím kapalin z laboratorního teploměru.

Poznámky:

  1. Po ponoření USB teploměru do vody vždy chvíli vyčkejte, než spustíte měření. Teploty kapaliny a čidla se vyrovnají a umožní vám tak přesnější měření.
  2. Proveďte 5 měření pro různé teploty t2 a tepelnou kapacitu kalorimetru určete jako aritmetický průměr jednotlivých výsledků. Nezapomeňte, že aby mělo měření nějakou vypovídací hodnotu, musí být teplota t2 vždy alespoň o 15 °C vyšší než teplota studené vody.
  3. Změřte a porovnejte tepelnou kapacitu různých „kalorimetrů“ – kojenecké láhve, termosky, nápojových kelímků apod.
    graf

    Ukázka naměřené závislosti zachycuje vývoj teploty po slití 50 cm3 vody o teplotě t1 = 19 °C a 50 cm3 vody o teplotě t2 = 49 °C.

    Přílohy:
    NáhledTypVelikostNázev
    pdf445 kBPracovní pokyny k vytištění
    V případě pochybností o aktuálnosti či funkčnosti příspěvku využijte tlačítko „Napište nám“.
    Napište nám