T e r m o d y n a m i k a

Podobne dokumenty
Ćwiczenie 425. Wyznaczanie ciepła właściwego ciał stałych. Woda. Ciało stałe Masa kalorymetru z ciałem stałym m 2 Masa ciała stałego m 0

GAZ DOSKONAŁY. Brak oddziaływań między cząsteczkami z wyjątkiem zderzeń idealnie sprężystych.

WYZNACZANIE GĘSTOŚCI CIECZY ZA POMOCĄ WAGI HYDROSTATYCZNEJ. Wyznaczenie gęstości cieczy za pomocą wagi hydrostatycznej.

FIZYKA KLASA 7 Rozkład materiału dla klasy 7 szkoły podstawowej (2 godz. w cyklu nauczania)

MGR Analiza energetyczna przejść fazowych.

LABORATORIUM FIZYKI PAŃSTWOWEJ WYŻSZEJ SZKOŁY ZAWODOWEJ W NYSIE

Projekt Inżynier mechanik zawód z przyszłością współfinansowany ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego

SPRAWDZIAN NR Oceń prawdziwość każdego zdania. Zaznacz P, jeśli zdanie jest prawdziwe, lub F, jeśli jest

mgr Anna Hulboj Treści nauczania

Wymagania edukacyjne z fizyki klasa II

Ćwiczenie 402. Wyznaczanie siły wyporu i gęstości ciał. PROSTOPADŁOŚCIAN (wpisz nazwę ciała) WALEC (wpisz numer z wieczka)

Wyznaczanie ciepła topnienia lodu

Scenariusz zajęć. - współpracuje w grupie - interpretuje uzyskane wyniki i wykorzystuje je do formułowania wniosków

ZADANIA Z HYDROSTATYKI. 2. Jaki nacisk na podłoże wywierają ciała o masach: a) 20kg b) 400g c) 0,4t

Układ termodynamiczny Parametry układu termodynamicznego Proces termodynamiczny Układ izolowany Układ zamknięty Stan równowagi termodynamicznej

1. Za³o enia teorii kinetyczno-cz¹steczkowej budowy cia³

Temperatura jest wspólną własnością dwóch ciał, które pozostają ze sobą w równowadze termicznej.

WYKONUJEMY POMIARY. Ocenę DOSTATECZNĄ otrzymuje uczeń, który :

Przedmiotowy system oceniania (propozycja)

Wymagania edukacyjne Fizyka klasa 2

CIEPLNE I MECHANICZNE WŁASNOŚCI CIAŁ

WYMAGANIA EDUKACYJNE FIZYKA ROK SZKOLNY 2017/ ) wyodrębnia z tekstów, tabel, diagramów lub wykresów, rysunków schematycznych

Badanie prawa Archimedesa

Sprawdzian z fizyki na zakończenie nauki w pierwszej klasie gimnazjum (1 godzina tygodniowo) Wersja A

Wyznaczenie gęstości cieczy za pomocą wagi hydrostatycznej. Spis przyrządów: waga techniczna (szalkowa), komplet odważników, obciążnik, ławeczka.

Kryteria oceny uczniów

WOJSKOWA AKADEMIA TECHNICZNA Wydział Mechaniczny Katedra Pojazdów Mechanicznych i Transportu LABORATORIUM TERMODYNAMIKI TECHNICZNEJ

WYZNACZANIE CIEPŁA TOPNIENIA LODU METODĄ BILANSU CIEPLNEGO

Świat fizyki Gimnazjum Rozkład materiału - WYMAGANIA KLASA I

ĆWICZENIE 22 WYZNACZANIE CIEPŁA PAROWANIA WODY W TEMPERETATURZE WRZENIA

Tabela wymagań programowych i kategorii celów poznawczych

b) Wybierz wszystkie zdania prawdziwe, które odnoszą się do przemiany 2.

KOŃCOWOROCZNE KRYTERIA OCENIANIA Z FIZYKI DLA KLAS I. przygotowała mgr Magdalena Murawska

KLASA II PROGRAM NAUCZANIA DLA GIMNAZJUM TO JEST FIZYKA M.BRAUN, W. ŚLIWA (M. Małkowska)

Statyka Cieczy i Gazów. Temat : Podstawy teorii kinetyczno-molekularnej budowy ciał

WYKŁAD 3 TERMOCHEMIA

ZALEŻNOŚĆ CIŚNIENIA PARY NASYCONEJ WODY OD TEM- PERATURY. WYZNACZANIE MOLOWEGO CIEPŁA PARO- WANIA

Katedra Chemii Fizycznej Uniwersytetu Łódzkiego. Zależność napięcia powierzchniowego cieczy od temperatury. opracowała dr hab. Małgorzata Jóźwiak

Przykładowe zadania z działu: Pomiary, masa, ciężar, gęstość, ciśnienie, siła sprężystości

PLAN REALIZACJI MATERIAŁU NAUCZANIA FIZYKI W GIMNAZJUM WRAZ Z OKREŚLENIEM WYMAGAŃ EDUKACYJNYCH

Wyznaczanie ciepła topnienia lodu za pomocą kalorymetru

POLITECHNIKA POZNAŃSKA ZAKŁAD CHEMII FIZYCZNEJ ĆWICZENIA PRACOWNI CHEMII FIZYCZNEJ

Temat: Analiza energetyczna procesów cieplnych powtórzenie. Scenariusz lekcji fizyki w gimnazjum

Podstawy termodynamiki

WYMAGANIA EDUKACYJNE I KRYTERIA OCENIANIA Z FIZYKI

TERMODYNAMIKA Zajęcia wyrównawcze, Częstochowa, 2009/2010 Ewa Mandowska

Wyznaczanie ciepła topnienia lodu.

Rodzaj/forma zadania Uczeń odczytuje przebytą odległość z wykresów zależności drogi od czasu

WYZNACZANIE STOSUNKU c p /c v

Termodynamika. Energia wewnętrzna ciał

Test powtórzeniowy nr 2

b) Wybierz wszystkie zdania prawdziwe, które odnoszą się do przemiany 2.

Katedra Chemii Fizycznej Uniwersytetu Łódzkiego. Wyznaczanie ciepła właściwego cieczy metodą kalorymetryczną

E r energia, która została rozproszona, np. zwiększyła energię wewnętrzną rury. Ponieważ (2)

25P3 POWTÓRKA FIKCYJNY EGZAMIN MATURALNYZ FIZYKI I ASTRONOMII - III POZIOM PODSTAWOWY

RÓWNOWAGA CIECZ PARA W UKŁADZIE DWUSKŁADNIKOWYM

Termochemia elementy termodynamiki

Rodzaj/forma zadania. Max liczba pkt. zamknięte 1 1 p. poprawna odpowiedź. zamknięte 1 1 p. poprawne odpowiedzi. zamknięte 1 1 p. poprawne odpowiedzi

FIZYKA klasa VII

Anna Nagórna Wrocław, r. nauczycielka chemii i fizyki. Plan pracy dydaktycznej na fizyce w klasach drugich w roku szkolnym 2016/2017

3. Przejścia fazowe pomiędzy trzema stanami skupienia materii:

Wymagania edukacyjne z fizyki dla kl. 1 Gimnazjum Publicznego im. Jana Pawła II w Żarnowcu w roku szkolnym 2016/2017

Przemiana izochoryczna. Prawo Charlesa

Imię i nazwisko: ... WOJEWÓDZKI KONKURS Z FIZYKI Z ASTRONOMIĄ DLA UCZNIÓW GIMNAZJUM ROK SZKOLNY 2012/2013 ETAP I SZKOLNY

Doświadczenie B O Y L E

LXVIII OLIMPIADA FIZYCZNA

POWTÓRKA PRZED KONKURSEM CZĘŚĆ 8

Przemiany energii w zjawiskach cieplnych. 1/18

Podstawowe pojęcia Masa atomowa (cząsteczkowa) - to stosunek masy atomu danego pierwiastka chemicznego (cząsteczki związku chemicznego) do masy 1/12

Podstawy fizyki wykład 6

Para wodna najczęściej jest produkowana w warunkach stałego ciśnienia.

SZKOLNY KONKURS FIZYCZNY

To jest fizyka 2. Rozkład materiału nauczania (propozycja)

Kategorie celów poznawczych. Wymagania programowe. Uczeń umie: K + P konieczne + podstawowe R rozszerzające D dopełniające

1 Równanie stanu gazu doskonałego

Wymagania na poszczególne oceny z fizyki do klasy 2

Badanie zależności temperatury wrzenia cieczy od ciśnienia

2.2 Wyznaczanie ciepła topnienia lodu(c4)

DRUGA ZASADA TERMODYNAMIKI

Wersja z dnia: Metoda piknometryczna jest metodą porównawczą. Wyznaczanie gęstości substancji ciekłych

Test powtórzeniowy nr 2

WYMAGANIA EDUKACYJNE Z FIZYKI

WYMAGANIA EDUKACYJNE NA POSZCZEGÓLNE ŚRÓDROCZNE I ROCZNE OCENY Z FIZYKI DLA KLASY I GIMNAZJUM

WYKŁAD 2 TERMODYNAMIKA. Termodynamika opiera się na czterech obserwacjach fenomenologicznych zwanych zasadami

ZADANIA Z FIZYKI - TERMODYNAMIKA

POLITECHNIKA BIAŁOSTOCKA

Ma x licz ba pkt. Rodzaj/forma zadania

TERMODYNAMIKA. przykłady zastosowań. I.Mańkowski I LO w Lęborku

VI Powiatowy konkurs dla szkół gimnazjalnych z fizyki etap szkolny

Wymagania programowe na oceny szkolne z podziałem na treści Fizyka klasa II Gimnazjum

Ćwiczenie 5: Wymiana masy. Nawilżanie powietrza.

ĆWICZENIE 3 CIEPŁO ROZPUSZCZANIA I NEUTRALIZACJI

ZADANIA Z FIZYKI NA II ETAP

Kryteria ocen z fizyki klasa II gimnazjum

Szczegółowy rozkład materiału z fizyki dla klasy I gimnazjum zgodny z nową podstawą programową.

Wykład 7: Przekazywanie energii elementy termodynamiki

DRUGA ZASADA TERMODYNAMIKI

Max liczba pkt. Rodzaj/forma zadania. Zasady przyznawania punktów zamknięte 1 1 p. każda poprawna odpowiedź. zamknięte 1 1 p.

Test sprawdzający wiedzę z fizyki z zakresu gimnazjum autor: Dorota Jeziorek-Knioła

Rozszerzalność cieplna ciał stałych

Transkrypt:

Pracownia dydaktyki fizyki T e r m o d y n a m i k a Instrukcja dla studentów Tematy ćwiczeń: I. Pokazy: II. Doświadczenia kalorymetryczne Doświadczenie 1. Wyznaczanie ciepła właściwego wybranej substancji (stali, aluminium). Doświadczenie 2. Wyznaczanie ciepła właściwego wody. Doświadczenie 3. Wyznaczanie ciepła parowania wody. Doświadczenie 4. Badanie stałości temperatury przejść fazowych- wrzenia i topnienia przy stałym ciśnieniu. III. Hydrostatyka Doświadczenie 5. Wyznaczenie gęstości wybranych ciał stałych o regularnym i nieregularnym kształcie. Doświadczenie 6. Badanie siły wyporu. IV. Przemiany gazowe Doświadczenie 7. Przemiana izobaryczna. Doświadczenie 8. Przemiana izotermiczna.

I. Pokazy Zjawisko menisku, włoskowatości, napięcia powierzchniowego. Zjawisko konwekcji, rozszerzalności cieczy, ciał stałych, gazów. Zjawisko przewodnictwa cieplnego ciał. Zjawisko ruchów Browna.

II. Doświadczenia kalorymetryczne Doświadczenie 1. Wyznaczanie ciepła właściwego ciał stałych (stali, aluminium, ołowiu) Celem doświadczenia jest wyznaczenie ciepła właściwego wybranej substancji z bilansu cieplnego ułożonego dla wymiany energii pomiędzy tym ciałem ogrzanym do temperatury wrzenia, a kalorymetrem napełnionym wodą o niższej temperaturze. Ciepłem właściwym nazywamy ilość energii potrzebną do zmiany temperatury 1 kilograma substancji o 1 kelwin [c w ] = J / kg K. Energią wewnętrzną nazywamy wielkość charakteryzującą stan ciała lub układu ciał, która jest równa sumie wszystkich rodzajów energii cząsteczek i atomów tworzących ten układ. Przyrządy: kalorymetr, śrut ołowiany, nity aluminiowe lub stalowe nakrętki, waga, termometr, grzałka, naczynie z wodą. rys. 1 Schemat aparatury do wyznaczania ciepła właściwego substancji. Wyznaczyć za pomocą wagi masę badanego ciała: nitów aluminiowych, śrutu ołowianego lub stalowych nakrętek. Wyznaczyć masę pustego kalorymetru (jego wewnętrznej części) oraz kalorymetru napełnionego do połowy wodą, wyznaczyć masę kalorymetru oraz wody. Do naczynia z wodą wrzucić badane ciało i podgrzewać do temperatury wrzenia przez 5 minut. Zmierzyć temperaturę wody oraz kalorymetru t p tuż przed wrzuceniem ogrzanych do temperatury wrzenia stalowych nakrętek (lub innego ciała).

Temperatura wody w kalorymetrze będzie równa temperaturze kalorymetru, jeśli pomiaru dokonamy po kilku minutach (8-10) od wlania wody do kalorymetru. Wrzucić ogrzane ciało do wody w kalorymetrze i dokonać pomiaru temperatury po około 3 minutach. Sporządzić bilans cieplny dla wymiany energii pomiędzy rozgrzanym ciałem a kalorymetrem wypełnionym wodą. Tabela pomiarów: Masa badanego ciała m x Masa kalorymetru m k Masa wody m w Temperatura początkowa t p Temperatura końcowa t k Ciepło właściwe wody c w Ciepło właściwe kalorymetru c Al Ciepło właściwe ciała c x Ilość energii oddana przez rozgrzane badane ciało o masie m x o temperaturze t 100, ochłodzone od temperatury końcowej t k jest równa: Energia pobierana przez wodę jest równa: Q 1 = m x c x (t 100 t k ). Q 2 = m w c w (t k t p ). Energia pobierana przez kalorymetr jest równa: Zatem: Q 3 = m k c k (t k t p ). Q 1 = Q 2 + Q 3, m x c x (t 100 t k ) = m k c k (t k t p ) + m w c w (t k t p ). stąd szukane ciepło właściwe c x jest równe: gdzie: m x masa badanego ciała; m w masa wody w kalorymetrze; m k masa kalorymetru; c x = (m k c k + m w c w ) (t k t p ) / m x (t 100 t k ), t k temperatura końcowa wody, kalorymetru oraz badanego ciała; t p temperatura początkowa wody i kalorymetru; c x ciepło właściwe badanej substancji; c k ciepło właściwe substancji z której wykonany jest kalorymetr (z aluminium); c w ciepło właściwe wody. Odszukać w tablicach fizycznych wartość ciepła właściwego dla badanej substancji, obliczyć błąd bezwzględny, względny oraz procentowy.

Doświadczenie 2. Wyznaczanie ciepła właściwego wody. Celem doświadczenia jest wyznaczenie ciepła właściwego wody z wykorzystaniem prostych przyrządów. Przyrządy: termometr, waga, stoper, grzałka o znane mocy, naczynie z izolowanymi termicznie ściankami. Wyznacz masę pustego naczynia; Wyznacz masę naczynia z wodą i oblicz masę wody m; Ogrzewaj wodę grzałką do temperatury 90 0 C ; Wykonuj pomiary temperatury co 10 sekund; Wykonaj wykres zależności temperatury od dostarczonego ciepła; Wyznacz tangens kąta nachylenia uzyskanej prostej. Tabela pomiarów Temperatura T [K] Czas [s] Ciepło pobrane przez wodę Q = mc w T. Ciepło dostarczone przez grzałkę Q = P Doświadczenie 3. mc w T = P Pctg c w. m Wyznaczanie ciepła parowania wody w temperaturze wrzenia. Celem doświadczenia jest wyznaczenie ciepła parowania wody poprzez doprowadzenie jej do wrzenia za pomocą grzałki o znanej mocy. Ciepło parowania c p jest to ilość energii, która musi być doprowadzona do cieczy, aby jeden kilogram przeszedł w stan pary (w stałej temperaturze). Przyrządy: wysoka, wąska zlewka z wodą, grzałka, waga laboratoryjna, minutnik. Wysoką zlewkę odizolować od otoczenia owijając ją rulonem z waty lub umieszczając w pojemniku ze styropianu. Wlać wodę do wysokiej zlewki i zważyć zlewkę z wodą.

Doprowadź do wrzenia wodę za pomocą grzałki o znanej mocy w czasie t = 5 minut. Ponownie zważyć zlewkę z wodą. Tabela pomiarów: masa zlewki z wodą m 1 [kg] masa zlewki z wodą po odparowaniu m 2 [kg] masa pary Δm = m 1 m 2 [kg] moc grzałki P [W] czas wrzenia t [s] Sporządź bilans cieplny związany z wymianą energii podczas wrzenia wody. Energia wydzielona przez grzałkę; a energia wykorzystana do odparowania to: Q = P t, Q = c p m, gdzie P oznacza moc grzałki, a c p ciepło parowania w temperaturze wrzenia. Stąd c p = P t / Δm. Porównać otrzymaną wartość z wartością w tablicach fizycznych, obliczyć błąd bezwzględny, względny i procentowy. Doświadczenie 4. Badanie stałości temperatury przejść fazowych wrzenia i topnienia przy stałym ciśnieniu. Celem doświadczenia jest prześledzenie temperatury wrzenia wody i temperatury topnienia lodu. Przyrządy: Termometr, izolowane naczynie, woda, grzałka, skruszony lód, zegar. Zbadaj zależność temperatury przejścia fazowego w funkcji czasu, dokonując pomiarów temperatury co 2 minuty przez 10 minut.

III. Hydrostatyka Doświadczenie 5. Wyznaczenie gęstości wybranych ciał stałych o regularnych i nieregularnych kształtach Celem części 1 doświadczenia jest wyznaczenie gęstości substancji, z których wykonane są bryły o regularnych kształtach. Przyrządy : waga laboratoryjna, suwmiarka, klocek drewniany i metalowy, menzurka, kulka plasteliny. Przygotować wagę laboratoryjną do pomiaru. Wyznaczyć masę klocka drewnianego oraz masę klocka metalowego. Za pomocą suwmiarki wyznaczyć długość, szerokość oraz wysokość klocków w celu obliczenia objętości klocków. Tabela pomiarów dla klocka drewnianego: Długość [cm] Szerokość [cm] Wysokość [cm] Objętość V [cm 3 ] Masa m [g] Gęstość ρ = m/v Tabela pomiarów dla klocka metalowego: Długość [cm] Szerokość [cm] Wysokość [cm] Objętość V [cm 3 ] Masa m [g] Gęstość ρ = m/v Celem części 2 doświadczenia jest wyznaczenie gęstości substancji, z której wykonana jest bryła o nieregularnym kształcie np. kulki plasteliny. Wyznaczyć masę bryłki plasteliny. Zanurzyć bryłkę plasteliny w menzurce z wodą odczytując wysokość słupa wody przed i po zanurzeniu. Obliczyć objętość bryłki plasteliny. Tabela pomiarów: Wysokość słupa wody przed zanurzeniem plasteliny [cm] Wysokość słupa wody po zanurzeniu plasteliny [cm] Objętość bryłki plasteliny V [cm 3 ] Masa bryłki plasteliny [g] Gęstość ρ = m/v Pomiary należy wykonać dla kilku bryłek. Można również wykonać pomiary dla innych przedmiotów o nieregularnym kształcie i do tego niejednorodnych.

Doświadczenie 6. Badanie siły wyporu Celem doświadczenia jest ustalenie zależności pomiędzy siłą wyporu a objętością zanurzonej w cieczy części ciała o regularnym kształcie- np. sześcianu lub prostopadłościanu. Przyrządy: siłomierz o zakresie do 5N, zlewka z wodą, plastelina. Z plasteliny należy ukształtować prostopadłościan o polu podstawy kwadratu i o wysokości 10 cm. Zawiesić go na nitce i mierzyć siłomierzem ciężar. Tabela pomiarów: Ciężar przedmiotu w powietrzu Q [N] Ciężar przedmiotu w wodzie F [N] Siła wyporu W F = Q W Objętość zanurzonej części przedmiotu [cm 3 ] Ustalić zależność pomiędzy siłą wyporu a objętością zanurzonej części prostopadłościanu. Pokazać zależność siły wyporu od gęstości cieczy dokonując pomiarów w wodzie dobrze osolonej i w denaturacie.

IV. Przemiany gazowe Doświadczenie 7. Badanie przemiany izobarycznej gazu Celem doświadczenia jest zbadanie zależności objętości stałej masy gazu od temperatury w przemianie izobarycznej. Przemiana ta to taki proces, w którym pod stałym ciśnieniem wraz ze zmianą temperatury zmienia się objętość gazu. Metoda: doświadczenie polega na mierzeniu zmian objętości odpowiadających kolejnym przyrostom temperatury. Przyrost objętości gazu jest równy ilości wody wypchniętej z menzurki. Przyrządy: menzurka, dwie duże zlewki, zakorkowana kolba (około 200 cm³), wąż gumowy, termometr. rys.2 Schemat aparatury do badania przemiany izobarycznej gazu Zbudować układ składający się z zakorkowanej kolby i dwu dużych zlewek. Kolba zamknięta jest gumowym korkiem ze szklaną rurką w środku. Przymocować jeden koniec kawałka węża gumowego do końca szklanej rurki a drugi wprowadzić do menzurki napełnionej wodą i zanurzonej w zlewce odwróconej do góry dnem. Gaz zamknięty w kolbie ogrzewać w kąpieli zmieniając temperaturę 6-7 razy. Przed pomiarem przyrostu objętości gazu należy odczekać około 3 minut, aby doszło do wymiany ciepła między wodą w zlewce, a powietrzem w kolbie. Zmiany temperatury powinny zawierać się w granicach 20-45ºC ze względu na dużą rozszerzalność gazu.

Tabela pomiarów: Temperatura T [K] Przyrost objętości ΔV [cm 3 ] V = Vı + ΔV [cm 3 ] Korzystając z danych zawartych w tabeli przedstawić wykres zależności objętości od temperatury V(T). Punkty pomiarowe wyznaczają linię prostą. Otrzymana prosta jest wykresem równania: V = Vı + Vı α t = Vı (1 + α t), a α jest współczynnikiem rozszerzalności objętościowej gazu zależnym od rodzaju gazu. Sens fizyczny α względny przyrost objętości przypadający na jednostkowy przedział temperatur, jednostką jest 1/K: α = ΔV / Vı Δt. Wartość αvı jest równa tangensowi kąta nachylenia prostej do osi OX. Korzystając z wykresu, można wyznaczyć współczynnik α oraz odczytać temperaturę objętości gazu równej zeru, jest ona równa w przybliżeniu -273ºC Wnioski: W przemianie izobarycznej stałej masy gazu objętość jest wprost proporcjonalna do temperatury. Doświadczenie 8. Badanie przemiany izotermicznej gazu Celem doświadczenia jest ustalenie związku pomiędzy ciśnieniem i objętością pewnej stałej masy gazu. Metoda: ściskanie powietrza w strzykawce lekarskiej podczas przesuwania tłoka. Przyrządy: sztywna listwa z podpórką, odważnik 1-2 kg, linijka, szklana strzykawka lekarska o pojemności 10-20 cm 3. Zakorkować gumowym korkiem strzykawkę. Nad tłokiem została zamknięta pewna masa powietrza. Nacisnąć powoli tłok co spowoduje zmniejszenie objętości powietrza w strzykawce oraz zwiększenie ciśnienia. Odczytać objętość gazu na skali strzykawki. Pomiaru ciśnienia dokonujemy naciskając tłok strzykawki stawiając ją pionowo na wadze. Objętość powietrza pod tłokiem wyliczamy z zależności: V = l S,

gdzie l to długość słupka powietrza. Tabela pomiarów: F i p l V pv Nanieść wyniki pomiarów na wykres zależności ciśnienia od objętości p(v). Otrzymana krzywa to hiperbola. Wnioski: W przemianie izotermicznej stałej masy gazu ciśnienie i objętość są do siebie odwrotnie proporcjonalne. pv = const. W izotermicznej przemianie ustalonej masy gazu iloczyn ciśnienia i objętości jest stały. Uzyskany związek pomiędzy ciśnieniem i objętością nazwany jest prawem Boyle a i Mariotte a od nazwisk pierwszych odkrywców. Uwaga! można ciśnienie powietrza w kolbie odczytywać bezpośrednio na manometrze umieszczonym u ujścia kolby. Odczytujemy wówczas wartości przyrostu ciśnienia.