Domů > Odborné články > Gymnaziální vzdělávání > Měření s teploměrem: Tepelná kapacita kalorimetru
Odborný článek

Měření s teploměrem: Tepelná kapacita kalorimetru

1. 7. 2011 Gymnaziální vzdělávání
Autor
Mgr. Jakub Jermář
Spoluautoři
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.

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.

Soubory materiálu
Typ
 
Název
 
pdf
434.57 kB
PDF
Pracovní pokyny k vytištění

Licence

Všechny články jsou publikovány pod licencí Creative Commons BY-NC-ND.

Autor
Mgr. Jakub Jermář

Hodnocení od recenzenta

Tým RVP.CZ
1. 7. 2011
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.

Hodnocení od uživatelů

Článek nebyl prozatím komentován.

Váš komentář

Pro vložení komentáře je nutné se nejprve přihlásit.

Článek není zařazen do žádného seriálu.

Klíčové kompetence:

  • 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
  • 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