MODUŁ CIEPŁO

Importer educarium spółka z o.o. ul. Grunwaldzka 207, 85-451 Bydgoszcz tel. (52) 32 47 800, faks (52) 32 10 251, 32 47 880 e-mail: info@educarium.pl portal edukacyjny: www.educarium.pl sklep internetowy: www.sklep.educarium.pl MODUŁ CIEPŁO 470-0110 DOŚWIADCZENIA UCZNIA / CIEPŁO SPIS TREŚCI 1. ROZSZERZALNOŚĆ CIEPLNA TDS 1.1 Model termometru TDS 1.2 Wzorcowanie podziałki termometru TDS 1.3 Bimetal TDS 1.4 Rozszerzalność liniowa ciał stałych TDS 1.5 Zmiana objętości cieczy TDS 1.6 Zmiana objętości powietrza w stałej objętości TDS 1.7 Zmiana ciśnienia powietrza w stałej objętości TDS 1.8 Przewodnictwo cieplne TDS 1.9 Przepływ ciepła TDS 1.10 Promieniowanie cieplne TDS 1.11 Ochrona termiczna 2. ZMIANY STANU SKUPIENIA TDS 2.1 Temperatura mieszania TDS 2.3 Ciepło właściwe ciał stałych TDS 2.3.1 Obliczanie ciepła właściwego ciał stałych TDS 2.4 Temperatura topnienia TDS 2.4.1 Ciepło topnienia TDS 2.5 Mieszanina oziębiająca TDS 2.6 Ciepło krzepnięcia TDS 2.7. Temperatura wrzenia TDS 2.7.1 Ciepło parowania TDS 2.8 Destylacja 1

MODEL TERMOMETRU TDS 1.1 2x Uniwersalny zacisk 1x Wspornik, 250mm 1x Kredka świecowa 1x Rurka manometryczna, D=8mm, L=200mm 1x Pierścienie podporowe, zestaw 3 1x Siatka druciana 1x Kolba stożkowa 1x Barwnik w proszku, czerwony 1x Zatyczka silikonowa, 17/22/25mm, 1 otwór 1x Termometr z podziałką MODEL TERMOMETRU TDS 1.1 Termometr jest potrzebny do pomiaru temperatury ciała lub cieczy. Główną częścią termometru jest wąska szklana rurka wypełniona rtęcią lub inną cieczą (np. barwionym alkoholem). W tym doświadczeniu, do skonstruowania prostego modelu termometru zostanie wykorzystana woda jako ciecz wskazująca. Przygotuj zgodnie z rysunkiem. Przełóż pręt o długości 25cm przez otwór w środkowej części statywu. Zamocuj pręt przy pomocy śruby radełkowanej. Nałóż zaślepki na oba końce pręta. Umieść pręt o długości 50cm w statywie w pozycji pionowej. Przytwierdź duży pierścień 2

statywu do 50-centymetrowego pręta za pomocą uniwersalnego zacisku. Ma on za zadanie podtrzymać siatkę z krążkiem ceramicznym. Kolbę stożkową wypełnij wodą, a następnie dodaj do niej proszek koloryzujący. Przełóż plastikową rurkę przez otwór w zatyczce silikonowej. Zewnętrzna ściana rurki powinna być nieco zwilżona, aby ułatwić przełożenie jej przez otwór w zatyczce. Należy umieścić rurkę blisko spodu silikonowej zatyczki! Zamontuj zatyczkę z rurką do kolby. Upewnij się, że w kolbie nie pozostają żadne resztki powietrza. Poziom wody w plastikowej rurce zaznacz przy pomocy kredki świecowej. Model termometru umieść na siatce z krążkiem ceramicznym. Dla bezpieczeństwa załóż mały pierścień podporowy wokół szyjki kolby. Następnie umieść i zapal palnik gazowy (mały ogień) pod siatką z krążkiem ceramicznym wraz z kolbą stożkową. Podgrzewaj wodę przez jakiś czas. Po pięciu minutach zaznacz poziom wody w plastikowej rurce za pomocą kredki świecowej. Zgaś palnik i obserwuj słupek z wodą. Wnioski: Ciecze rozszerzają swoją objętość pod wpływem ciepła i zmniejszają objętość podczas oziębiania. Stan ciepła i/lub temperaturę można zmierzyć za pomocą termometru. Uwagi: Można zaobserwować inną reakcję wody między 0 C a 4 C (anomalia wody). [strona 6] WZORCOWANIE PODZIAŁKI TERMOMETRU TDS 1.2 2x Uniwersalny zacisk 1x Okrągły zacisk 1x Wspornik, 250mm 1x Wspornik, 100mm 1x Kredka świecowa 1x Pierścienie podporowe, zestaw 3 1x Siatka druciana 3

1x Szklana zlewka, wysoka 1x Termometr z podziałką 1x Termometr bez podziałki 1x Lód [strona 7] WZORCOWANIE PODZIAŁKI TERMOMETRU TDS 1.2 Poniższe doświadczenie ma na celu pokazać jak tworzy się podziałkę termometru. Przygotuj zgodnie z rysunkiem. Przełóż pręt o długości 25cm przez otwór w środkowej części statywu. Zamocuj pręt przy pomocy śruby radełkowanej. Nałóż zaślepki na oba końce pręta. Umieść pręt o długości 50cm w statywie w pozycji pionowej. Przytwierdź duży pierścień statywu do 50-centymetrowego pręta za pomocą uniwersalnego zacisku. Ma on za zadanie podtrzymać siatkę z krążkiem ceramicznym. Wyznaczanie temperatury krzepnięcia: Wypełnij zlewkę do połowy wodą i kostkami lodu. Umieść ją na siatce z krążkiem ceramicznym. Zanurz termometr bez podziałki w zlewce w taki sposób, aby jego zbiornik z cieczą był całkowicie otoczony przez wodę z kostkami lodu. Mieszaj wodę z lodem i obserwuj słupek z cieczą w modelowym termometrze. Zaznacz poziom słupka wody przy pomocy kredki świecowej, w momencie gdy ten pozostaje bez zmian. Sprawdź temperaturę przy pomocy termometru z podziałką. Wyznaczanie temperatury wrzenia: Wypełnij zlewkę mniej więcej do połowy i zanurz w niej model termometru. Umieść zlewkę na siatce z krążkiem ceramicznym i zamocuj wokół niej pierścień średniej wielkości dla bezpieczeństwa. Zapal palnik gazowy i umieść go pod siatką z krążkiem ceramicznym. Gdy tylko woda zaczyna wrzeć, zaznacz poziom słupka z cieczą za pomocą kredki świecowej. Następnie zgaś palnik. Rysowanie podziałki termometru: Wyjmij model termometru ze zlewki, a następnie zmierz odległość między dwiema zaznaczonymi liniami. Podziel tę odległość na 10 równych części. Temperatura krzepnięcia jest równa 0 C, a temperatura wrzenia 100 C. Zmierz temperaturę pokojową za pomocą tego termometru. Wniosek: 1 stopień Celsjusza to setna część odległości między temperaturą krzepnięcia a temperaturą wrzenia wody. [strona 8] 4

BIMETAL TDS 1.3 1x Uniwersalny zacisk 1x Wspornik, 250mm 1x Pasek bimetaliczny 1x Wspornik, 100mm [strona 9] BIMETAL TDS 1.3 Jeżeli dwa metalowe paski o różnym współczynniku rozszerzalności cieplnej są nierozerwalnie ze sobą połączone, ulegną one zgięciu pod wpływem ciepła. Poniżej zostanie zademonstrowany ten rodzaj paska bimetalicznego. Przygotuj zgodnie z rysunkiem. Przełóż pręt o długości 25cm przez otwór w środkowej części statywu. Zamocuj pręt przy pomocy śruby radełkowanej. Nałóż zaślepki na oba końce pręta. Umieść pręt o długości 50cm w statywie w pozycji pionowej. Przytwierdź pasek bimetaliczny za pomocą uniwersalnego zacisku w taki sposób, aby można było umieścić pod nim palnik gazowy. Odległość paska od palnika powinna wynosić mniej więcej 10cm. Ostrożnie podgrzewaj pasek bimetaliczny od spodu i obserwuj reakcję. Następnie usuń palnik i obserwuj pasek bimetaliczny. Jak tylko pasek ulegnie ochłodzeniu, przytwierdź go w odwrotny sposób strona, która wcześniej była zwrócona w stronę palnika, teraz jest zwrócona w górę. Powtórz doświadczenie i ponownie obserwuj reakcję paska. Wniosek: Nagrzany pasek bimetaliczny wygina się, ponieważ powleczona strona rozszerza się bardziej niż strona bez powłoki. 5

[strona 10] ROZSZERZALNOŚĆ LINIOWA CIAŁ STAŁYCH TDS 1.4 P9901-4A Komponenty 1x Statyw, 300 mm 1x Złącze statywu 3x Uniwersalny zacisk 1x Przesuwana podpora ze śrubą ustalającą 1x Przesuwana podpora z podziałką 1x Wspornik, 250 mm 1x Rurka manometryczna 1x Plastikowy wężyk, 100cm 1x Plastikowy wężyk, 25cm 1x Kredka świecowa 1x Pierścienie podporowe, zestaw 3 1x Siatka druciana 1x Szklana zlewka, wysoka 1x Kolba stożkowa 1x Rurka na rozszerzalność cieplną, aluminiowa 1x Rurka na rozszerzalność cieplną, żelazna 1x Wskaźnik z zatyczką 1x Zatyczka silikonowa, 17/22/25 mm, 1 otwór 1x Lód [strona 11] ROZSZERZALNOŚĆ LINIOWA CIAŁ STAŁYCH TDS 1.4 Poniższe doświadczenie ma na celu określić niewielką rozszerzalność cieplną aluminium i żelaza. Współczynnik rozszerzalności linearnej wskazuje zmianę długości pręta o długości 1m podgrzanego o 1 C. Przygotuj zgodnie z rysunkiem. Połącz dwa statywy przy pomocy złącza. Przytwierdź 50- centrymetrowy pręt po lewej stronie przy pomocy śruby dociskowej. Przymocuj dwa pierścienie łączące statyw z siatką z krążkiem ceramicznym do śruby dociskającej za pomocą uniwersalnych zacisków. Umieść przesuwaną podporę ze śrubą ustalającą obok pręta na szynie. Dociśnij śrubę do przesuwanej podpory. Śruba posłuży jako mocowanie dla aluminiowej rurki po lewej stronie. 6

Zamontuj przesuwaną podporę z podziałką na prawym końcu. Przytwierdź wskaźnik do przesuwanej podpory z podziałką przy pomocy zatyczki. Wskaźnik jest skierowany w dół. Umieść podziałkę dla wagi dźwigniowej na stole w taki sposób, aby wskaźnik wskazywał środek podziałki. Na jednym z końców aluminiowej rurki znajduje się otwór. Przełóż drugi koniec przez śrubę bez przytwierdzania. Przełóż zagiętą końcówkę wskaźnika przez dziurę w aluminiowej rurce. Następnie przykręć aluminiową rurkę do śruby. Przytwierdź pręt o długości 10cm do prawego końca statywu przy pomocy śruby ustalającej. Przymocuj uniwersalny zacisk dla pierścienia o średniej wielkości do śruby ustalającej. Pierścień służy do podtrzymania zlewki. Przymocuj krótszą plastikową rurkę do prawego końca aluminiowej rurki jej koniec natomiast włóż do zlewki. Wlej 50ml wody do kolby stożkowej. Załóż silikonową zatyczkę na szklaną rurkę umieszczoną w zlewce. Połącz szklaną rurkę z lewą stroną aluminiowej rurki przy pomocy plastikowego wężyka. 1. Podgrzej wodę w kolbie stożkowej aż zacznie wrzeć. Para z gorącej wody przepływa przez aluminiową rurkę i podgrzewa ją. Wskaźnik wskazuje rozszerzenie rurki pod wpływem podgrzania. Odczytaj wartość rozszerzenia z przedziałki, gdy wskaźnik przestanie się ruszać. Wskazana wartość rozszerzenia: mm Dzielimy wskazaną wartość rozszerzalności linearnej przez 40 ponieważ wskaźnik pokazuje czterdziestokrotną zmianę długości. Wartość rzeczywista rozszerzalności:.mm Długość rurki aluminiowej między dwoma wspornikami montującymi wynosi 50cm. Należy pomnożyć wartość zmiany długość razy 2 aby otrzymać wartość rozszerzalności rurki o długości 1m. W celu uzyskania wartości rozszerzenia po podgrzaniu o 1 C, podziel ją przez różnicę między temperaturą pokojową, a temperaturą wrzenia wody, tzn. przez około 75-80 C Wartość właściwa rozszerzalności linearnej aluminium wynosi:. mm/m C. [strona 12] 2. Powtórz doświadczenie z żelazną rurką oraz przeprowadź działanie jak powyżej. Weź pod uwagę, że mogą się tu pojawić błędy. Wniosek: Wartość rozszerzalności linearnej aluminium jest dwukrotnie wyższa od wartości żelaza. [strona 14] ZMIANA OBJĘTOŚCI CIECZY TDS 1.5 7

3x Uniwersalny zacisk 1x Zacisk okrągły 1x Wspornik, 250mm 1x Wspornik, 100mm 1x Kredka świecowa 2x Rurka manometryczna 1x Pierścienie podporowe, zestaw 3 1x Siatka druciana 1x Szklana zlewka, wysoka 2x Szklana probówka, 16 x 160mm 1x Ropa naftowa 2x Zatyczka silikonowa, 12/18/27mm, 1 otwór 1x Termometr z podziałką 1x Ścierka [strona 15] ZMIANA OBJĘTOŚCI CIECZY TDS 1.5 Czy wszystkie ciecze rozszerzają się w ten sam sposób podczas podgrzewania? Przygotuj zgodnie z rysunkiem. Przełóż pręt o długości 25cm przez otwór w środkowej części statywu. Zamocuj pręt przy pomocy śruby radełkowanej. Nałóż zaślepki na oba końce pręta. Umieść pręt o długości 50cm w statywie w pozycji pionowej. Przytwierdź duży pierścień statywu do 50-centymetrowego pręta za pomocą uniwersalnego zacisku. Podtrzymuje on siatkę z krążkiem ceramicznym. Badane są dwa rodzaje cieczy. Woda i zapachowa ropa naftowa. Pierwszą probówkę wypełnij do pełna wodą, drugą natomiast ropą. Do zamknięcia probówek użyj dwie silikonowe zatyczki wyposażone w plastikowe rurki. Ściśnij nieco ciecze w probówkach powinny one być na tej samej wysokości w obu probówkach. Zaznacz poziom cieczy w obu probówkach. Obie probówki przytwierdź do okrągłego zacisku chwytając za plastikowe rurki i zanurz je w 8

zlewce. Umieść zlewkę na siatce drucianej i podtrzymaj za pomocą pierścienia o średniej wielkości. Podpal palnik i podgrzej wodę w zlewce. Obserwuj ciecze w plastikowych rurkach. Można zaobserwować po jakimś czasie, że obie ciecze mają różną wysokość, ponieważ rozszerzają się one w różnym stopniu. Wniosek: Zapachowa ropa naftowa ma wyższy stopień rozszerzalności niż woda. [strona 16] ZMIANA OBJĘTOŚCI POWIETRZA W STAŁEJ OBJĘTOŚCI TDS 1.6 2x Uniwersalny zacisk 1x Wspornik, 250mm 1x Plastikowy wężyk, 100cm 1x Szklana rurka, prosta, 80 x 8mm 1x Pierścienie podporowe, zestaw 3 1x Siatka druciana 1x Szklana zlewka, wysoka 1x Kolba stożkowa 1x Zatyczka silikonowa, 17/22/25mm, 1 otwór 1x Ścierka 9

[strona 17] ZMIANA OBJĘTOŚCI POWIETRZA W STAŁEJ OBJĘTOŚCI TDS 1.6 Jeżeli podgrzejemy gaz, a ciśnienie na zewnątrz nie ulega zmianie, gaz rozszerza się. Doświadczenie ma na celu wykazanie zmiany objętości. Przygotuj zgodnie z rysunkiem. Przełóż pręt o długości 25cm przez otwór w środkowej części statywu. Zamocuj pręt przy pomocy śruby radełkowanej. Nałóż zaślepki na oba końce pręta. Umieść pręt o długości 50cm w statywie w pozycji pionowej. Przytwierdź duży pierścień statywu do 50-centymetrowego pręta za pomocą uniwersalnego zacisku. Podtrzymuje on siatkę z krążkiem ceramicznym. Najpierw przeciśnij szklaną rurkę przez otwór w silikonowej zatyczce, aż zobaczysz jej nieco wystający koniec z drugiej strony zatyczki. Następnie wciśnij szczelnie zatyczkę wraz ze szklaną rurką w kolbę stożkową, którą z kolei umieść na siatce. Mały pierścień, który wcześniej został przytwierdzony do uniwersalnego zacisku, załóż od góry wokół kolby. Doczep plastikową rurkę do szklanej rurki. Drugi koniec plastikowej rurki zanurz w zlewce z wodą. Teraz podgrzej powietrze w kolbie stożkowej na małym ogniu przez krótki czas. Obserwuj koniec plastikowej rurki zanurzony w zlewce z wodą. Po kilku minutach (upewnij się, że kolba stożkowa nie jest zbyt gorąca!) odstaw palnik, a następnie obserwuj koniec zanurzonej rurki. Podczas procesu podgrzewania można zaobserwować pęcherzyki powietrza. Podczas oziębiania powietrze ponownie zmniejsza swoją objętość. Z tego też powodu, woda dostaje się ze zlewki do plastikowej rurki. Wniosek: Powietrze rozszerza się w o wiele większym stopniu niż ciecze czy ciała stałe. Ich objętość zmniejsza się podczas oziębiania. [strona 18] ZMIANA CIŚNIENIA POWIETRZA W STAŁEJ OBJĘTOŚCI TDS 1.7 3x Uniwersalny zacisk 1x Zacisk okrągły 2x Wspornik, 250mm 1x Wspornik, 100mm 1x Kredka świecowa 2x Rurka manometryczna 1x Plastikowy wężyk, 45cm 1x Plastikowy wężyk, 25cm 1x Szklana rurka, prosta, 1x Pierścienie podporowe, zestaw 3 1x Siatka druciana 1x Kolba stożkowa 1x Barwnik w proszku, czerwony 10

1x Zatyczka silikonowa, 17/22/25mm, 1 otwór 1x Pojemnik izolujący z pokrywką 1x Termometr z przedziałką [strona 19] ZMIANA CIŚNIENIA POWIETRZA W STAŁEJ OBJĘTOŚCI Poniższe doświadczenie ma na celu ustalić wzrost ciśnienia podczas podgrzania powietrza o 1 C. Objętość musi pozostać bez zmian. Przygotuj zgodnie z rysunkiem. Przełóż pręt o długości 25cm przez otwór w środkowej części statywu. Zamocuj pręt przy pomocy śruby radełkowanej. Nałóż zaślepki na oba końce pręta. Umieść pręt o długości 50cm w statywie w pozycji pionowej. Przytwierdź duży pierścień statywu do 50-centymetrowego pręta za pomocą uniwersalnego zacisku. Podtrzymuje on siatkę z krążkiem ceramicznym. Skonstruuj manometr przy pomocy krótszej plastikowej rurki oraz dwóch plastikowych rurek, a następnie przytwierdź go do zacisku na stosownej wysokości. Wlej wodę z proszkiem koloryzującym do rurek manometrycznych do poziomu, gdzie łączą się one z rurkami plastikowymi. Naczynie kalorymetryczne należy użyć bez wkładki styroporowej. Wypełnij naczynie wodą tak, aby można było zanurzyć w niej całkowicie kolbę stożkową. Załóż mały pierścień wokół szyjki kolby, aby uniknąć przewrócenia naczynia. Zmierz temperaturę wody. T 1 =... C. Włóż szklaną rurkę w silikonową zatyczkę. Wciśnij szczelnie zatyczkę z rurką w kolbę stożkową zanurzoną w wodzie. Następnie połącz kolbę stożkową z manometrem przy pomocy dłuższej plastikowej rurki (o długości 45cm). Zaznacz poziom wody w manometrze przy pomocy kredki świecowej. Podgrzej naczynie kalorymetryczne (bez wkładki styroporowej) przy użyciu palnika. Temperatura wzrasta o 4 stopnie (włącz palnik tylko na jedną minutę!). Jako że wymiana ciepła zajmuje trochę czasu, temperatura będzie wzrastać również po wyłączeniu palnika. Zamieszaj wodę i zmierz ponownie temperaturę. T 2 =... C. Manometr wskazuje wzrost ciśnienia. Zostaw rurkę manometryczną otwartą i unieś ją w taki sposób, aby ciśnienie gazu powróciło do stanu początkowego (Ciecz manometru powraca do wcześniejszej wysokości zaznaczonej w zamkniętej rurce). Proces ten wykonuje się, aby przeprowadzić pomiar z identyczną objętością. Zmierz różnicę w wysokości w obu słupkach wody (zmierz przy pomocy miarki zgodnej z tabelą). Różnica w wysokości wynosi:. cm. Następnie podziel różnicę w wysokości przez wartość wzrostu temperatury, a wynik jaki otrzymasz to różnica w wysokości przez stopień Celsjusza. Jako że 1cm słupka wody równa się ciśnieniu wynoszącemu około 1mbar, wzrost ciśnienia można wyznaczyć poprzez podgrzanie w milibarach. 11

Wniosek: Wzrost ciśnienia przez podgrzanie w milibarach. Uwaga: Wzrost ciśnienia wynosi około 4 mbar na C. Jeżeli wartość zmierzona w doświadczeniu znacznie różni się od tej wartości, jest to spowodowane, między innymi tym, że temperatura wewnątrz kolby stożkowej nie wzrasta wystarczająco szybko pod wpływem ciepła wody. [strona 20] PRZEWODNICTWO CIEPLNE TDS 1.8 2x Uniwersalny zacisk 2x Wspornik, 250mm 1x Paski woskowe 1x Rurka na rozszerzalność cieplną, aluminiowa 1x Rurka na rozszerzalność cieplną, żelazna 1x Papier czyszczący [strona 21] PRZEWODNICTWO CIEPLNE TDS 1.8 Różne materiały przewodzą ciepło w różny sposób (np. papier czy metal). Nawet dwa różne metale wykazują różnice w przewodnictwie cieplnym. Przygotuj zgodnie z rysunkiem. Przełóż pręt o długości 25cm przez otwór w środkowej części statywu. Zamocuj pręt przy pomocy śruby radełkowanej. Nałóż zaślepki na oba końce pręta. Umieść pręt o długości 50cm w statywie w pozycji pionowej po jednej stronie. Umieść drugi pręt o długości 25cm po drugiej stronie. Rozłóż kawałek papieru na stole, aby uniknąć pobrudzenia. Następnie uformuj 6 małych kulek z wosku (wosk staje się plastyczny pod wpływem temperatury dłoni). Przyczep po 3 woskowe kulki do aluminiowej rurki i do żelaznej rurki. Pierwsza kulka powinna znajdować się na odległości około 5cm od miejsca gdzie rurka została przymocowana do statywu. Rurki powinny zostać przymocowane mniej więcej w połowie wysokości wsporników za pomocą 12

uniwersalnego zacisku w taki sposób, żeby ich końce się ze sobą stykały. Połóż palnik tak, aby znajdował się na wysokości stykania się rurek. Podgrzej metalowe rurki w miejscu ich stykania się. Obserwuj i zapisz kolejność odpadania woskowych kulek (pod wpływem ciepła). Po tym jak czwarta woskowa kulka odpadnie, zawody w przewodnictwie cieplnym powinny być rozstrzygnięte. Woskowe kulki na aluminiowej rurce spadły wcześniej. Wniosek: Aluminium jest lepszym przewodnikiem ciepła niż żelazo. [strona 22] PRZEPŁYW CIEPŁA TDS 1.9 1x Uniwersalny zacisk 1x Wspornik, 250mm 1x Para nożyczek 1x Stalowa igieł, zakrzywiona pod kątem prostym 1x Spirale do promieniowania cieplnego [strona 23] PRZEPŁYW CIEPŁA TDS 1.9 Grzejnik z wentylatorem szybko ogrzewa powietrze pokoju ponieważ powietrze przepływa i pobiera ciepło ze sobą. W jakim kierunku przepływa podgrzane powietrze? Przygotuj zgodnie z rysunkiem. Przełóż pręt o długości 25cm przez otwór w środkowej części statywu. Zamocuj pręt przy pomocy śruby radełkowanej. Nałóż zaślepki na oba końce pręta. Umieść pręt o długości 50cm w statywie w pozycji pionowej. Zamocuj uniwersalny zacisk, do którego wcześniej przytwierdzona została stalowa igła, na poziomym wsporniku na wysokości przynajmniej 30cm. Wytnij spiralę do promieniowania cieplnego 13

wzdłuż zewnętrznej linii okręgu. Następnie przetnij spiralę wzdłuż linii spiralnej, tak, aby powstała papierowa spirala. Umieść spiralę na czubku igły (spirala będzie lepiej się trzymać, jeżeli założysz ją przekłuwając igłę przez jej środek, a następnie rozłożysz wokół igły). Zapal palnik i ustaw mały płomień. Ustaw palnik pod igłą. Uwaga!: Odległość papierowej spirali od płomienia musi być na tyle duża, aby ta nie zaczęła się palić. Spirala zaczyna się obracać. Wniosek: Obracająca się spirala pokazuje, że powietrze podgrzane przez źródło ciepła płynie do góry. Podgrzane powietrze unosi się. [strona 24] PROMIENIOWANIE CIEPLNE TDS 1.10 2x Kołek mocujący 2x Uchwyt na siłomierze 3x Uniwersalny zacisk 2x Wspornik, 250mm 1x Wspornik, 100mm 1x naczynie: zlewka przezroczysta, naczynie nieprzezroczyste 1x Termometr z przedziałką 1x Termometr bez przedziałki [strona 25] PROMIENIOWANIE CIEPLNE TDS 1.10 14

Kiedy się opalamy, nie otrzymujemy energii cieplnej poprzez przewodzenie cieplne czy przepływ ciepła. Istnieje inny rodzaj rozszerzania cieplnego. Przygotuj zgodnie z rysunkiem. Przełóż pręt o długości 25cm przez otwór w środkowej części statywu. Zamocuj pręt przy pomocy śruby radełkowanej. Nałóż zaślepki na oba końce pręta. Umieść pręt o długości 50cm w statywie w pozycji pionowej. Połącz pręt o długości 10cm z prętem o długości 25cm przy pomocy uniwersalnego zacisku pod kątem mniejszym niż 90. Użyj dwa pojemniki do promieniowania cieplnego wyposażone w śruby do przytwierdzenia do zacisku uniwersalnego. Zamontuj te dwa zaciski uniwersalne na 10-centymetrowym pręcie jak najbliżej siebie. Wlej kilka kropel wody do obu pojemników. Zanurz termometr z podziałką w jednym z pojemników na promieniowanie cieplne, a termometr bez podziałki w drugim. Termometr bez podziałki został skalibrowany w doświadczeniu W1.2. Zanotuj obie temperatury początkowe. Podpal palnik. Po około 2 minutach odczytaj temperaturę na obu termometrach. Temperatura w C 0 min 2min 4min 6min Przezroczysta zlewka.. Nieprzezroczyste naczynie.. Termometr w po zlewce przezroczystej wskazuje nieco większy wzrost temperatury niż termometr w nieprzezroczystym naczyniu. Wniosek: Jasne, błyszczące powierzchnie absorbują mniej promieni ciepła niż ciemne, matowe powierzchnie. [strona 26] OCHRONA TERMICZNA TDS 1.11 2x Uniwersalny zacisk 1x Wspornik, 250mm 1x Pierścienie podporowe, zestaw 3 1x Siatka druciana 1x Szklana zlewka, wysoka 1x Pojemnik izolujący z pokrywką 1x Termometr z przedziałką 1x Termometr bez przedziałki 15

1x Ścierka [strona 27] OCHRONA TERMICZNA TDS 1.11 Oszczędzanie energii to również zapobieganie, aby ciepło nie ulatywało z pokoju. Poniższe doświadczenie pokazuje przykład dobrej i złej ochrony termicznej. Przygotuj zgodnie z rysunkiem. Przełóż pręt o długości 25cm przez otwór w środkowej części statywu. Zamocuj pręt przy pomocy śruby radełkowanej. Nałóż zaślepki na oba końce pręta. Umieść pręt o długości 50cm w statywie w pozycji pionowej. Przytwierdź duży pierścień statywu do 50-centymetrowego pręta za pomocą uniwersalnego zacisku. Podtrzymuje on siatkę z krążkiem ceramicznym. Umieść zlewkę na siatce i załóż wokół niej pierścień średniej wielkości. Kalorymetr Joule a należy pozbawić osłony oraz wyjąć z niego aluminiową zlewkę. Podgrzej 200ml wody do około 80 C. Następnie zgaś palnik. Zdejmij zlewkę z siatki z krążkiem ceramicznym przy pomocy pierścienia. Ostrożnie wlej 100ml do styroporowej wkładki wewnątrz kalorymetru i 100 ml do aluminiowej zlewki. Zanurz termometr z przedziałką do pierwszego naczynia, a termometr bez przedziałki do drugiego. Termometr bez przedziałki został skalibrowany w doświadczeniu W 1.2. Zanotuj wartości początkowe na obu termometrach. Następnie porównaj ochłodzenie wody w zlewce aluminiowej i w kalorymetrze. Aby tego dokonać, zmierz temperaturę na początku, a potem po każdych 2 minutach. Zapisz wyniki w poniższej tabeli. Temperatura w C 0 min 2min 4min 6min Zlewka aluminiowa.. Kalorymetr.. Aluminiowa zlewka jest przykładem na złą ochronę termiczną, natomiast kalorymetr przykładem na dobrą ochronę termiczną. Wniosek: Ciepło ulatuje powoli tylko wtedy, gdy zapewniona zostanie dobra ochrona termiczna. Materiałem, który jest odpowiedni do ochrony termicznej jest styropor. [strona 28] TEMPERATURA MIESZANIA TDS 2.1 16

1x Statyw, 300 mm 2x Uniwersalny zacisk 1x Wspornik, 250mm 1x Plastikowy cylinder z przedziałką 1x Pierścienie podporowe, zestaw 3 1x Siatka druciana 1x Szklana zlewka, wysoka 1x Kolba stożkowa 1x Pojemnik izolujący z pokrywką 1x Termometr z przedziałką 1x Ścierka [strona 29] TEMPERATURA MIESZANIA TDS 2.1 W jakiej temperaturze dochodzi do mieszania gorącej i zimnej wody? Najpierw zmieszamy tę samą ilość gorącej i zimnej wody. W drugim doświadczeniu zmieszamy gorącą wodę z podwójną ilością zimnej wody. Przygotuj zgodnie z rysunkiem. Przełóż pręt o długości 25cm przez otwór w środkowej części statywu. Zamocuj pręt przy pomocy śruby radełkowanej. Nałóż zaślepki na oba końce pręta. Umieść pręt o długości 50cm w statywie w pozycji pionowej. Przytwierdź duży pierścień statywu do 50-centymetrowego pręta za pomocą uniwersalnego zacisku. Podtrzymuje on siatkę z krążkiem ceramicznym. 1. Odmierz 50ml wody przy użyciu cylindra z przedziałką, następnie podgrzej w kolbie stożkowej. Zabezpiecz kolbę od upadku zakładając wokół szyjki mały pierścień. Podczas ogrzewania wody, odmierz w cylindrze 50ml zimnej wody, a następnie wlej do kalorymetru. 17

Zamknij otwór w przezroczystej osłonie kalorymetru za pomocą plastikowej pokrywki. Zmierz temperaturę w kalorymetrze. Wyłącz palnik, jak tylko woda w kolbie osiągnie około 70 C. Zmierz temperaturę. Następnie przelej 50ml gorącej wody do kalorymetru z zimną wodą (kolbę należy trzymać przez ścierkę!) Zamknij kalorymetr przy użyciu przeźroczystej pokrywki oraz włóż termometr przez otwór w silikonowej zatyczce. Następnie zmieszaj wodę prętem do mieszania (ruchami w górę i w dół!). Zmierz temperaturę mieszaniny. zimna oda gorąca woda mieszanina 50ml 50ml 100ml Temperatura (w C)... [strona 30] 2. Odmierz w cylindrze 40ml wody i podgrzej w kolbie stożkowej do około 70 C. Międzyczasie wlej 80ml zimnej wody, odmierzonej wcześniej w cylindrze, do kalorymetru i zmierz jej temperaturę. Jak tylko woda w kolbie osiągnie około 70 C, wyłącz palnik i zmierz jej dokładną temperaturę. Następnie przelej gorącą wodę do zimnej wody znajdującej się w kalorymetrze. Po dokładnym wymieszaniu, ponownie zmierz temperaturę mieszaniny. zimna woda gorąca woda mieszanina 80ml 40ml 100ml Temperatura (w C)... Wniosek: Podczas mieszania zimnej i gorącej wody uzyskamy wartość średnią obu temperatur tylko w przypadku, gdy zostanie użyta taka sama ilość wody zimnej i gorącej. Uwaga: Poniższy wzór stosuje się do mieszaniny dwóch ilości wody o różnej temperaturze m 1 *T 1 + m 2 * T 2 = (m 1 + m 2 )*T m 1, m 2 masa dwóch ilości wody T 1, T 2 temperatura początkowa T temperatura mieszaniny Poniższy wzór stosuje się do różnych materiałów o masie m 1 i m 2 oraz o cieple właściwym c 1 i c 2 m 1 *c 1 *T 1 + m 2 *c 2 *T 2 = (m 1 *c 1 + m 2 *c 2 )*T [strona 32] CIEPŁO WŁAŚCIWE CIAŁ STAŁYCH TDS 2.3 18

2x Uniwersalny zacisk 1x Wspornik, 250mm 1x Para nożyczek 1x Sznurek, szpulka 1x Plastikowy cylinder z przedziałką 1x Pierścienie podporowe, zestaw 3 1x Siatka druciana 1x Szklana zlewka, wysoka 1x Blok aluminium 1x Blok żelaza, z haczykiem 1x Pojemnik izolujący z pokrywką 1x Termometr z przedziałką 1x Ścierka [strona 33] CIEPŁO WŁAŚCIWE CIAŁ STAŁYCH TDS 2.3 Czy ciała o takiej samej masie wydzielają jednakową ilość ciepła? Porównane zostanie ciepło wydzielane przez aluminium i żelazo. Przygotuj zgodnie z rysunkiem. Przełóż pręt o długości 25cm przez otwór w środkowej części statywu. Zamocuj pręt przy pomocy śruby radełkowanej. Nałóż zaślepki na oba końce pręta. Umieść pręt o długości 50cm w statywie w pozycji pionowej. Przytwierdź duży pierścień statywu do 50-centymetrowego pręta za pomocą uniwersalnego zacisku. Podtrzymuje on siatkę z krążkiem ceramicznym, na którym należy umieścić zlewkę. Oba bloki mają taką samą masę. Przywiąż kawałek sznurka z pętlą do obu bloków (żelaznego i/lub aluminiowego). Oba bloki należy zanurzyć całkowicie w wodzie kolby. Oba końce sznurka z pętlą przewieś przez brzeg zlewki. Uwaga! Upewnij się, że końce sznurka nie znajdują się zbyt blisko płomienia palnika. Podgrzej wodę do około 80 C. Następnie zgaś palnik. Zmieszaj wodę używając do tego termometru, a następnie zmierz jej temperaturę. Wlej 100ml zimnej wody do kalorymetru (odmierz ilość za pomocą cylindra z przedziałką) i zmierz temperaturę wody. Wyjmij blok aluminiowy ze zlewki i zanurz w kalorymetrze. Po 40 sekundach wyciągnij blok z naczynia. Zmieszaj wodę za pomocą pręta mieszającego (mieszając w górę i w dół), a następnie zmierz wzrost temperatury. Następnie zanurz blok żelaza w naczyniu. Ponownie wyciągnij blok po upływie 40 sekund. Zamieszaj wodę i określ wzrost temperatury spowodowany podgrzanym elementem. Wynik: temperatura zimnej wody:. C wzrost temperatury po zanurzeniu bloku aluminium:. C 19

wzrost temperatury po zanurzeniu bloku żelaza:. C Jako że wzrost temperatury wody spowodowany zanurzeniem bloku żelaza jest dwa razy większy, możemy stwierdzić, że blok był w stanie zaabsorbować, a następnie wydzielić dwa razy więcej ciepła. Ilość ciepła jaka może być zaabsorbowana przez materiał zależy od ciepła właściwego materiału. Wniosek: Ciepło właściwe żelaza jest dwa razy większe od ciepła właściwego aluminium. [strona 34] OBLICZANIE CIEPŁA WŁAŚCIWEGO CIAŁ STAŁYCH TDS 2.3.1 2x Uniwersalny zacisk 1x Wspornik, 250mm 1x Para nożyczek 1x Sznurek, szpulka 1x Plastikowy cylinder z przedziałką 1x Pierścienie podporowe, zestaw 3 1x Siatka druciana 1x Szklana zlewka, wysoka 1x Blok aluminium 1x Blok żelaza, z haczykiem 1x Pojemnik izolujący z pokrywką 1x Termometr z przedziałką 1x Waga 1x Ścierka [strona 35] OBLICZANIE CIEPŁA WŁAŚCIWEGO CIAŁ STAŁYCH TDS 2.3.1 W poniższym doświadczeniu zostanie obliczone ciepło właściwe żelaza i aluminium. Przygotuj zgodnie z rysunkiem. Przełóż pręt o długości 25cm przez otwór w środkowej części statywu. Zamocuj pręt przy pomocy śruby radełkowanej. Nałóż zaślepki na oba końce pręta. Umieść pręt o długości 50cm w statywie w pozycji pionowej. Przytwierdź duży pierścień statywu do 50-centymetrowego pręta za pomocą uniwersalnego zacisku. Podtrzymuje on siatkę z krążkiem ceramicznym, na którym należy umieścić zlewkę. 20

Oba bloki mają taką samą masę. Przywiąż kawałek sznurka z pętlą do obu bloków (żelaznego i/lub aluminiowego). Oba bloki należy zanurzyć całkowicie w wodzie kolby. Oba końce sznurka z pętlą przewieś przez brzeg zlewki. Uwaga! Upewnij się, że końce sznurka nie znajdują się zbyt blisko płomienia palnika. Podgrzej wodę do około 80 C. Następnie zgaś palnik. Zmieszaj wodę używając do tego termometru, a następnie zmierz jej temperaturę. Wlej 100ml zimnej wody do kalorymetru (odmierz ilość za pomocą cylindra z przedziałką) i zmierz temperaturę wody. Wyjmij blok żelaza ze zlewki i zanurz w kalorymetrze. Po 2 minutach wyciągnij blok z naczynia. Zmieszaj wodę za pomocą pręta mieszającego (mieszając w górę i w dół), a następnie zmierz wzrost temperatury. Wynik: temperatura T 1 zimnej wody.. C masa zimnej wody 0,1 kg temperatura T 2 podgrzanego bloku żelaza.. C masa m podgrzanego bloku..kg temperatura po zmieszaniu.. C Ciepło właściwe żelaza w stosunku do wody (ciepło właściwe 1) otrzymujemy wykonując równanie dla temperatury po zmieszaniu z różnymi materiałami i różnymi wartościami ciepła właściwego. 0,1* (T - T 1 ) c= m (T 2 - T) c=. Ciepło właściwe wody: 4,6kJ/kg C Ciepło właściwe żelaza:.. [strona 36] Doświadczenie należy powtórzyć z blokiem aluminium, a następnie obliczyć ciepło właściwe aluminium w ten sam sposób. 0,1* (T - T 1 ) c= m* (T 2 - T) c=. Ciepło właściwe wody: 4,8kJ/kg C Ciepło właściwe aluminium:.. Wniosek: Ciepło właściwe żelaza stanowi około jedną dziewiątą ciepła właściwego wody, ciepło właściwe aluminium jest około dwa razy większe od ciepła właściwego żelaza. [strona 38] TEMPERATURA TOPNIENIA TDS 2.4 21

1x Uchwyt na siłomierze 2x Uniwersalny zacisk 1x Zacisk okrągły 1x Wspornik, 250mm 1x Wspornik, 100mm 1x Pierścienie podporowe, zestaw 3 1x Siatka druciana 1x Zlewka, wysoka 1x Szklana probówka 1x Tiosiarczan sodu 1x Termometr z przedziałką [strona 39] TEMPERATURA TOPNIENIA TDS 2.4 Określamy temperaturę topnienia ciała stałego. Przygotuj zgodnie z rysunkiem. Przełóż pręt o długości 25cm przez otwór w środkowej części statywu. Zamocuj pręt przy pomocy śruby radełkowanej. Nałóż zaślepki na oba końce pręta. Umieść pręt o długości 50cm w statywie w pozycji pionowej. Przytwierdź duży pierścień statywu do 50-centymetrowego pręta za pomocą uniwersalnego zacisku. Podtrzymuje on siatkę z krążkiem ceramicznym. Wypełnij jedną trzecią probówki tiosiarczanem sodu. Do zlewki wlej wodę do połowy wysokości i zanurz w niej probówkę, którą następnie przymocuj do uchwytu na siłomierz. Zmocuj uchwyt na siłomierz prostopadle do wspornika o długości 50cm przy użyciu okrągłego zacisku. Zanurz termometr w probówce. Umieść zlewkę na siatce z krążkiem ceramicznym oraz załóż na nią pierścień o średniej wielkości. Połóż palnik pod siatką. Podgrzej wodę przy pomocy palnika, a następnie obserwuj temperaturę w probówce. Jak tylko termometr wskaże około 40 C, tiosiarczan sodu, który znajduje się blisko brzegu probówki zaczyna topnieć, ponieważ temperatura w pobliżu brzegu probówki jest nieco wyższa. Temperatura nie wzrasta bardziej niż 48 C jest to punkt topnienia tiosiarczanu sodu. Dostarczoną ilość ciepła wykorzystaj teraz w procesie topnienia. Temperatura ponownie wzrasta tylko wtedy, kiedy tiosiarczan sodu jest całkowicie ciekły. Wniosek: Kiedy osiągnięty zostaje punkt topnienia, ciało stałe zamienia się w ciecz. Dostarczone później ciepło wykorzystuje się do 22

topnienia, w taki sposób, aby temperatura pozostała bez zmian podczas procesu topnienia. [strona 40] CIEPŁO TOPNIENIA TDS 2.4.1 1x Plastikowy cylinder z przedziałką 1x Szklana zlewka, wysoka 1x Pojemnik izolujący z pokrywką 1x Termometr z przedziałką 1x Waga 1x Ścierka 1x Lód [strona 41] CIEPŁO TOPNIENIA TDS 2.4.1 Aby doszło do przejścia ze stanu stałego do stanu ciekłego należy dostarczyć energię potrzebna do zmiany 1kg lodu o temp. 0 C w 1kg wody o temp. 0 C. Włóż termometr do pokrywki od pojemnika izolującego. Potrzebna będzie tu dokładna waga. Na początku określ masę kalorymetru (razem z pokrywką oraz termometrem) przy użyciu wagi. Następnie wlej do kalorymetru dokładnie 100ml wody (do odmierzenia ilości użyj cylindra z przedziałką). Zamknij kalorymetr i zważ jego masę razem z wodą. Odczytaj temperaturę wody na termometrze. Rozdrobnione kawałki topniejącego lodu znajdują się w zlewce. Temperatura wynosi 0 C. Osusz rozdrobnione kawałki lodu przy pomocy ścierki, a potem włóż pełną garść lodu (około 30g) do kalorymetru. Ponownie zamknij kalorymetr. Lód roztopił się pod wpływem ciepła wody. Woda ochładza się. Podczas procesu topnienia określ masę dodanych kawałków lodu. Poczekaj aż lód całkowicie stopnieje (otwórz pokrywkę kalorymetru, aby od czasu do czasu sprawdzić stan lodu), a następnie zamieszaj wodę (mieszając w górę i w dół za pomocą pręta mieszającego) i zmierz temperaturę. Wyniki doświadczenia zapisz w poniższej tabelce. Pomiar: masa kalorymetru.g masa kalorymetru z wodą.g Obliczenia: masa dodanej wody.g Pomiar: temperatura wody w kalorymetrze masa kalorymetru z lodem. C.g 23

Obliczenia: masa lodu.g Pomiar: Temperatura wody po procesie topnienia.. C [strona 42] Ilość energii potrzebnej do zamiany 1kg lodu o temp. w 1kg wody o temp. 0 C można obliczyć z wyników otrzymanych w pomiarach. m 1 *T 1 *c w = (m 1 +m 2 )*T 2 *c w + m 2 *q s c w *[m 1 *T 1 (m 1 +m 2 )*T 2 ] q s = m 2 m 1.masa wody m 2.masa żelaza c w.ciepło właściwe wody (4,8kJ/kg C) q s.ciepło topnienia lodu T 1.temperatura początkowa wody T 2.temperatura końcowa wody, po stopnieniu lodu Ciepło topnienia lodu równa się.. kj/kg. Wartość ciepła topnienia wskazana w podręczniku równa się 335kJ/kg. Wniosek: Potrzeba 335kJ ciepła do stopnienia 1kg lodu. [strona 44] MIESZANINA OZIĘBIAJĄCA TDS 2.5 1x Szklana zlewka, wysoka 1x Termometr z przedziałką 1x Lód 1x Sól kuchenna [strona 45] MIESZANINA OZIĘBIAJĄCA Doświadczenie pokazuje dlaczego używa się soli do roztapiania lodu na ulicach. Wypełnij jedną trzecią zlewki rozdrobnionymi kawałkami lodu. Włóż termometr do zlewki w taki sposób, żeby jego dolna część ze zbiornikiem została całkowicie przykryta lodem. Termometr wskazuje 0 C jest to temperatura topnienia lodu. Dodaj trochę sali do lodu i obserwuj wskazania na termometrze. Termometr wskazuje temperaturę poniżej 0 C. Punkt topnienia mieszaniny soli jest więc niższy. Z tego też powodu sól rozpuszcza się w wodzie. Do procesu rozpuszczania potrzebne jest ciepło pochłonięte z lodu. Wniosek: Punkt topnienia mieszaniny lodu i soli znajduje się poniżej 0 C. 24

[strona 46] CIEPŁO KRZEPNIĘCIA TDS 2.6 1x Uchwyt na siłomierze 2x Uniwersalny zacisk 1x Zacisk okrągły 1x Wspornik, 250mm 1x Wspornik, 100mm 1x Pierścienie podporowe, zestaw 3 1x Siatka druciana 1x Zlewka, wysoka 1x Szklana probówka 1x Tiosiarczan sodu 1x Termometr z przedziałką [strona 48] CIEPŁO KRZEPNIĘCIA TDS 2.6 W poniższym doświadczeniu zostanie zaobserwowany wzrost wydzielania ciepła cieczy spowodowany przez krzepnięcie. Jest to możliwe tylko w przypadku procesu krzepnięcia przeprowadzonego w szybki sposób. Przygotuj zgodnie z rysunkiem. Przełóż pręt o długości 25cm przez otwór w środkowej części statywu. Zamocuj pręt przy pomocy śruby radełkowanej. Nałóż zaślepki na oba końce pręta. Umieść pręt o długości 50cm w statywie w pozycji pionowej. Przytwierdź duży pierścień statywu do 50-centymetrowego pręta za pomocą uniwersalnego zacisku. Podtrzymuje on siatkę z krążkiem ceramicznym. 25

Najpierw należy roztopić tiosiarczan sodu, a następnie go schłodzić. Napełnij jedną trzecią probówki tiosiarczanem sodu. Do zlewki wklej wodę do połowy wysokości i zanurz w niej probówkę, którą następnie przymocuj do uchwytu na siłomierz. Zmocuj uchwyt na siłomierz prostopadle do wspornika o długości 50cm przy użyciu okrągłego zacisku. Zanurz termometr w probówce. Umieść zlewkę na siatce z krążkiem ceramicznym oraz załóż na nią pierścień o średniej wielkości. Umieść palnik pod siatką. Podgrzej wodę aż tiosiarczan sodu w probówce całkowicie się roztopi. Zgaś palnik. Następnie wyciągnij probówkę ze zlewki przy pomocy zacisku, a zlewkę odstaw na bok. Podczas gdy płynny tiosiarczan sodu ulega schłodzeniu, obserwuj temperaturę na termometrze. Jak tylko temperatura spadnie do 35 C (ciecz nie uległa jeszcze skrzepnięciu, mimo że punkt krzepnięcia wynoszący 48 C został już osiągnięty) dodaj kilka kryształków tiosiarczanu sodu do stopionego materiału. Ciecz szybko ulega krzepnięciu. Dodane kryształki służą jako zarodki krystalizacji. Temperatura na termometrze wzrasta z powodu ciepła wydzielanego przy krzepnięciu. Ciepło krzepnięcia to wydzielone ciepło topnienia. Jeśli dotkniesz ręką dna probówki, poczujesz wydzielane przez nią ciepło. Wniosek: Podczas krzepnięcia cieczy zostaje wydzielone ciepło. Równa się ono wartości ciepła, jaką trzeba dostarczyć podczas topnienia ciała stałego. [strona 48] TEMPERATURA WRZENIA TDS 2.7 2x Uniwersalny zacisk 1x Wspornik, 250mm 1x Pierścienie podporowe, zestaw 3 1x Siatka druciana 1x Zlewka, wysoka 1x Termometr z przedziałką 1x Sól kuchenna [strona 49] TEMPERATURA WRZENIA TDS 2.7 W poniższym doświadczeniu zostanie porównany punkt wrzenia wody z punktem wrzenia roztworu soli. 26

Przygotuj zgodnie z rysunkiem. Przełóż pręt o długości 25cm przez otwór w środkowej części statywu. Zamocuj pręt przy pomocy śruby radełkowanej. Nałóż zaślepki na oba końce pręta. Umieść pręt o długości 50cm w statywie w pozycji pionowej. Przytwierdź duży pierścień statywu do 50-centymetrowego pręta za pomocą uniwersalnego zacisku. Podtrzymuje on siatkę z krążkiem ceramicznym. Wlej 100ml wody do zlewki, a następnie umieść ją na siatce z krążkiem ceramicznym podtrzymywanej na dużym pierścieniu. Następnie załóż pierścień o średniej wielkości wokół zlewki. Zanurz termometr w zlewce. 1. Podgrzewaj wodę za pomocą palnika aż zacznie wrzeć i obserwuj temperaturę. Jak tylko woda osiągnie punkt wrzenia, temperatura na termometrze przestaje się podnosić. Dostarczone ciepło wykorzystane zostaje do parowania wody (ciepło parowania). 2. Dodaj sól do wrzącej wody, a następnie obserwuj temperaturę na termometrze. Jaką temperaturę zanotowałeś? Wniosek: Punkt wrzenia wody wynosi 100 C (przy normalnym ciśnieniu). Punkt wrzenia roztworu soli jest wyższy niż punkt wrzenia wody. [strona 50] CIEPŁO PAROWANIA TDS 2.7.1 2x Uniwersalny zacisk 1x Wspornik, 250mm 1x Pierścienie podporowe, zestaw 3 1x Siatka druciana 1x Zlewka, wysoka 1x Termometr z przedziałką 1x Sól kuchenna 27

[strona 51] CIEPŁO PAROWANIA TDS 2.7.1 W poniższym doświadczeniu zostanie określone ciepło potrzebne na wyparowanie 1kg wody. Przygotuj zgodnie z rysunkiem. Przełóż pręt o długości 25cm przez otwór w środkowej części statywu. Zamocuj pręt przy pomocy śruby radełkowanej. Nałóż zaślepki na oba końce pręta. Umieść pręt o długości 50cm w statywie w pozycji pionowej. Przytwierdź duży pierścień statywu do 50-centymetrowego pręta za pomocą uniwersalnego zacisku. Podtrzymuje on siatkę z krążkiem ceramicznym. Wyznacz masę pustej zlewki, a następnie wlej do niej 100ml wody. Zważ zlewkę z wodą, co pozwoli również na wyznaczenie masy wody. Umieść zlewkę na siatce. Zanurz termometr w zlewce i odczytaj temperaturę wody. Podpal palnik i ustaw go na niskim ogniu. Równocześnie uruchom stoper. Płomień powinien pozostać bez zmian, tak aby ogrzewanie przebiegało jednakowo. Podgrzewaj wodę za pomocą palnika, aż zacznie wrzeć i odczytuj jej temperaturę co dwie minuty. Jak tylko woda osiągnie punkt wrzenia usuń termometr i zanotuj czas. Woda ma parować dokładnie 4 minuty. Następnie zgaś palnik. Po tym jak woda lekko się schłodzi, zważ pozostałą masę wody za pomocą wagi. Ocena doświadczenia została podzielona na dwie fazy: 1. Wyznaczenie energii oddanej do wody przez podgrzanie: Określenie podgrzewania wody w ciągu 4 minut (240s): wzrost temperatury dt:.. C Poniższe równanie wyznacza energię cieplną P palnika: m*c w *dt m masa wody P= t czas (240s) t c w ciepło właściwe wody [strona 52] 2. Wyznaczenie ciepła parowania: Całkowita energia potrzebna do otrzymania wyników parowania z czasu trwania parowania (4min=240s) oraz ciepła parowania P palnika: W= P*t masa wyparowanej wody: mv= g Ciepło parowania potrzebne do wyparowania 1g i/lub 1kg wody q v można obliczyć z masy wyparowanej wody: W q v = =.. J/kg m v 28

Wynik: Ciepło parowania wody wynosi...mj/kg. Ilość ciepła parowania wody wskazana w podręczniku wynosi 2,26MJ/kg. Wniosek: 2,26 MJ energii jest potrzebna do wyparowania 1kg wody. [strona 54] DESTYLACJA TDS 2.8 3x Uniwersalny zacisk 1x Zacisk okrągły 2x Wspornik, 250mm 1x Wspornik, 100mm 1x Plastikowy cylinder z przedziałką 1x Rurka plastikowa, 45cm 1x Rurka manometryczna 1x Rurka szklana, prosta 1x Pierścienie podporowe, zestaw 3 1x Siatka druciana 1x Zlewka, wysoka 1x Kolba stożkowa 1x Szklana probówka 1x Barwnik w proszku, czerwony 1x Zatyczka silikonowa 17/22/25mm, 1 otwór 1x Ścierka [strona 55] DESTYLACJA TDS 2.8 Czy można sprawić, że zabarwiona woda będzie z powrotem czysta? Przygotuj zgodnie z rysunkiem. Przełóż pręt o długości 25cm przez otwór w środkowej części statywu. Zamocuj pręt przy pomocy śruby radełkowanej. Nałóż zaślepki na oba końce pręta. Umieść pręt o długości 50cm w statywie w pozycji pionowej. Przytwierdź duży pierścień statywu do 50-centymetrowego pręta za pomocą uniwersalnego zacisku. Podtrzymuje on siatkę z krążkiem ceramicznym. Dodaj proszek koloryzujący do wody, a następnie wlej do kolby stożkowej (do wysokości około 2cm). Włóż krótszą szklaną rurkę w otwór w zatyczce. Zamknij kolbę stożkową przy 29

pomocy zatyczki, a następnie umieść ją na siatce. Załóż mały pierścień przymocowany do statywu wokół szyjki kolby stożkowej. Umieść plastikową rurkę w probówce. Zanurz probówkę w zlewce wypełnionej do połowy wodą. Załóż pierścień o średniej wielkości wokół zlewki (pierścień ten jest przymocowany do krótszego pręta za pomocą uniwersalnego zacisku). Następnie obie rurki połącz za pomocą plastikowej rurki. Włącz palnik i podgrzej zabarwioną wodę w kolbie, aż ta zacznie wrzeć. Obserwuj uważnie, co dzieje się z parą wodną. Para wodna przemieszcza się przez plastikową rurkę, a następnie szklaną rurkę do probówki. Ze względu na to, że probówka znajduje się w zimnej wodzie, para ulega skraplaniu. Czysta woda zbiera się w probówce. Po wyparowaniu wody zabarwiony osad pozostaje w kolbie stożkowej. Wniosek: Parowanie i następujący po nim skraplanie są procesem prowadzącym do rozdzielenia mieszaniny. Proces ten nazywa się destylacją. Uwaga: W powyższym doświadczeniu można również wykorzystać wodę z solą kuchenną. Doświadczenie to pokazałoby możliwość zamiany wody morskiej w wodę pitną. 30