Zobrazit na úvodní stránce článků

Na začátek článku

Ikona prakticky

Měření s teploměrem: Tepelná kapacita kalorimetru

Ikona inspirace
Autor: Jakub Jermář
Spoluautor: prof. PhDr. Martin Bílek , Ph.D., Bc. Petr Kácovský
Anotace: 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.
Podpora výuky jazyka:
Klíčové kompetence:
  1. Gymnázium » Kompetence k řešení problémů » uplatňuje při řešení problémů vhodné metody a dříve získané vědomosti a dovednosti, kromě analytického a kritického myšlení využívá i myšlení tvořivé s použitím představivosti a intuice
  2. Základní vzdělávání » Kompetence k řešení problémů » ověřuje prakticky správnost řešení problémů a osvědčené postupy aplikuje při řešení obdobných nebo nových problémových situací, sleduje vlastní pokrok při zdolávání problémů
Očekávaný výstup:
  1. gymnaziální vzdělávání » Člověk a příroda » Chemie » Obecná chemie » provádí chemické výpočty a uplatňuje je při řešení praktických problémů
  2. gymnaziální vzdělávání » Člověk a příroda » Fyzika » Fyzikální veličiny a jejich měření » měří vybrané fyzikální veličiny vhodnými metodami, zpracuje a vyhodnotí výsledky měření
  3. základní vzdělávání » Člověk a příroda » 2. stupeň » Fyzika » Energie » určí v jednoduchých případech teplo přijaté či odevzdané tělesem
Mezioborové přesahy a vazby: Nejsou přiřazeny žádné mezioborové přesahy.
Průřezová témata:

Nejsou přiřazena žádná průřezová témata.

Klíčová slova: měření, laboratorní práce, teplo, teploměr, tepelná kapacita

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
    Odstranitpdf445 kBPracovní pokyny k vytištění
    Anotované odkazy:
    Příspěvek nemá přiřazeny žádné anotované odkazy.
    Přiřazené DUM:
    Příspěvek nemá přiřazeny žádné DUM.
    Přiřazené aktivity:
    Příspěvek nemá přiřazeny žádné aktivity.
     
    INFO
    Publikován: 01. 07. 2011
    Zobrazeno: 10074krát
    Hodnocení příspěvku
    Hodnocení týmu RVP:
    Hodnocení článku : 3.6667

    Hodnocení uživatelů:
    Hodnocení článku :
    Hodnotit články mohou pouze registrovaní uživatelé.

    zatím nikdo Hodnocení článku : 5
    zatím nikdo Hodnocení článku : 4
    zatím nikdo Hodnocení článku : 3
    zatím nikdo Hodnocení článku : 2
    zatím nikdo Hodnocení článku : 1
    Jak citovat tento materiál
    JERMÁŘ, Jakub. Měření s teploměrem: Tepelná kapacita kalorimetru. Metodický portál: Články [online]. 01. 07. 2011, [cit. 2019-11-18]. Dostupný z WWW: <https://clanky.rvp.cz/clanek/c/GCAAA/11719/MERENI-S-TEPLOMEREM-TEPELNA-KAPACITA-KALORIMETRU.html>. ISSN 1802-4785.
    Licence Licence Creative Commons

    Všechny články jsou publikovány pod licencí Creative Commons.


    Komentáře
    1.Autor: Recenzent1Vloženo: 01. 07. 2011 09:58
    Článek zpracovává klasickou úlohu - určení tepelné kapacity nádoby moderním způsobem. Běžně je tato úloha prováděna na základních i středních školách. Zde se nabízí využití teploměru Vernier Go!Temp, který lze připojit k počítači. Tento teploměr je možné si zdarma zapůjčit na adrese, která je v článku uvedena. Tím se otvírá cesta k širokému využití postupu, který je zpracován velmi přehledně a srozumitelně.
    Vložit komentář:

    Pro vložení komentáře je nutné se přihlásit.