TANULÓI KÍSÉRLET (párban végzik-45 perc) Kalorimetria: A szilárd testek fajhőjének meghatározása

Kalorimetria: A szilárd testek fajhőjének meghatározása Fizika10Kalorimetria-Szilárd testek fajhője Összeállította: Törökné Török Ildikó Lektorálta: Dr. Hevesi Imre

TANULÓI KÍSÉRLET (párban végzik-45 perc) Kalorimetria: A szilárd testek fajhőjének meghatározása A kísérlet, mérés megnevezése, célkitűzései: A kalorimetria (jelentése: hőmennyiségmérés) (http://ttk.pte.hu/fizkem/etangyakpdf/1gyak.pdf) a termikus kölcsönhatáson alapuló mérésekkel, azaz a hőmennyiség, a fajhő, az olvadáshő és a forráshő mérésével foglalkozik. A kaloriméterek a hőmennyiség mérésére használt eszközök. Közülük legismertebbek a keverési kaloriméterek, amel y vázlatos felépítését az 1. ábra mutatja: hőmérő

keverő

edény

1.ábra Keveréses kaloriméter keverő

hőmérő edény

feszültségforrás vagy feszültségmérő-műszer számára bemenetek

2.ábra Az általunk használt keveréses kaloriméter

A tanulói munkafüzet és a kapcsolódó tanári segédlet a Csongrádi TErmészetTUDOmányos Diáklaboratórium című, TÁMOP 3.1.3-11/2-2012-0037 számú projekt keretében készült. 1. oldal / 9


A kalorimetria alapja a termikus kölcsönhatás (http://www.youtube.com/watch?v=rdaojqEoGww) , amely során az adott rendszer elemei érintkeznek egymással, s közöttük hőcsere (hőmennyiségcsere) történik. Ezt az alábbi matematikai összefüggés írja le:

ΣQ le =

ΣQ fel

A fenti egyenletbe a kaloriméter által felvett (vagy leadott) hőmennyiséget is figyelembe kell vennünk. A kalorimetriával egy adott szilárd test fajhőjét is (http://tudasbazis.sulinet.hu/hu/termeszettudomanyok/fizika/fizika -7-evfolyam/abelso-energia-valtozasa/a-fajho-fogalma) (és a hőkapacitását: http://hu.wikipedia.org/wiki/H%C5%91kapacit%C3%A1s is) meghatározhatjuk.az alábbi elv alapján: Ha két különböző hőmérsékletű anyagot, jelen esetben folyadékot és szilárd testet „keverünk össze”, akkor a termikus kölcsönhatás alapegyenlete az alábbi módon írható fel:

Ebből kifejezve a szilárd test fajhőjét:

Tudjuk, hogy:



Ezeket beírva az előző összefüggésbe az alábbi matematikai képletet kapjuk:

ahol: m s z : a szobahőmérsékletű víz tömege m m : a melegített víz tömege T s z : a szobahőmérsékletű víz hőmérséklete T m : a melegített víz hőmérséklete T k : a rendszer „közös” hőmérséklete c = c s z =c m : a víz fajhője (Tekintsük állandónak!) C ka l : a kaloriméter hőkapacitása (vízértéke) A mérésünk során a fentebb felsorolt fizikai mennyiségeket fogjuk mérni, majd ezeket behelyettesítve mgkapjuk a vizsgált szilárd test fajghőjét. A méréseket kétszer fogjuk elvégezni, illetve így két számított értéket kapunk. Ezeket átlagoljuk, s megkajuk a szilárd test hőkapacitását.

Eszközszükséglet: 1 db kaloriméter (kb. 150 ml), 1 db analóg hőmérő, 1 db digitális hőmérő + kicsi papírvatta (hogy a hőmérő szoruljon), 1 db mérőhenger (100 ml -es), csapvíz, 1 db borszeszégő, 1 doboz gyufa, 1 db háromvasláb, 1 db drótháló, 1 db stopperóra, 1 db digitális mérleg , 1 db 100 ml-es főzőpohár, 1 db kémcső, 1 db fa kémcsőfogó A Hőtani alapkészletből: 1 db kicsi Erlenmeyer-lombik , 1 db fémtest



Eszközismertető, kísérletismertető: 1. 2. 3. 4. 5.

Megtanuljuk az analóg és a digitális hőmérővel való mérést. Megtapasztaljuk a termikus kölcsönhatást. Megtanuljuk a kaloriméterrel való mérést. A mérési eredményeket behelyettesítve számoljuk ki - matematikai képlet segítségével - egy ismeretlen szilárd test fajhőjét. Meghatározzuk a mért, majd számított értékek alapján a szakirodalmi táblázatból az ismeretlen szilárd test anyagi minőségét.

A mérés, kísérlet, megfigyelés menete: 1. feladat: A papírvattát dugd a kaloriméter nyitott nyílásába, majd dugd át rajta a digitális hőmérőt úgy, hogy ne érjen le a kaloriméter a ljára. FIGYELEM! A digitális hőmérő vége törékeny! 2. feladat: Engedj a főzőpohárba csapvizet, majd a mérőhengerbe önts belőle át 70 ml térfogatút. (A 70 ml jelzésnél legyen a folyadékfelszín alsó pontja!) FIGYELEM! A kísérlet során használt üvegeszközök nagyon törékenyek, ezért óvatosan fogjuk azokat, óvatosan tegyük le a tálcára, illetve vigyázzunk arra, hogy ne boruljanak le a melegítéskor a három -vaslábról.

3. feladat: Mérd meg a digitális mérleggel a szobahőmér sékletű víz tömegét az alábbi lépéseket követve: Kapcsold be a mérleget „ON/OFF” gombbal! Tedd rá az üres főzőpoharat! Várd meg, míg megmutatja a tömegét! Most nyomd meg a „TARE” gombot, ezzel lenullázod a mérleget! Öntsd át a mérőhengerből a főzőpohárba a szobahőmérsékletű vizet! Olvasd le a tömegét, jegyezd fel a munkafüzet 1. feladatánál!



4. feladat: Vedd le a kaloriméter tetejét, s öntsd bele a szobahőmérsékletű vizet! Ügyelj arra az átöntéseknél, hogy minden csepp átkerüljön a másik edénybe! 5. feladat: Gyorsan tedd vissza a kaloriméter tetejét, majd várj egy kicsit, míg a termikus kölcsönhatás lezajlik a víz és a kaloriméter között! Olvasd le a szobahőmérsékletű víz hőmérsékletét, jegyezd fel a munkafüzet 1. feladatánál! 6. feladat: Mérd meg a szilárd test (fémtest) tömegét digitális mérleggel az alábbi lépéseket követve: Kapcsold be a mérleget „ON/OFF” gombbal! Tedd rá a szilárd testet! Várd meg, míg megmutatja a tömegét! Olvasd le a tömegét, jegyezd fel a munkafüzet 1. feladatánál!

7. feladat: Töltsd félig csapvízzel az Erlenmeyer-lombikot, majd tedd a háromvaslábon lévő dróthálóra! Gyújtsd be a borszeszégőt, s told a háromvasláb alá! FIGYELEM! A borszeszégő használata tűzveszélyes! 8. feladat: Melegítsd a vizet addig, amíg kb. 75 0 C hőmérsékletű lesz. Közben tedd a vízbe az analóg hőmérőt, de ne engedd el, ne érjen le az alja a főzőpohár aljára. Folyamatosan nézd a hőmérséklet változását! A tanulói munkafüzet és a kapcsolódó tanári segédlet a Csongrádi TErmészetTUDOmányos Diáklaboratórium című, TÁMOP 3.1.3-11/2-2012-0037 számú projekt keretében készült. 5. oldal / 9


9. feladat: Tedd a szilárd testet a kémcsőbe, majd a kémcsőfogóval tedd a vízfürdőbe, ha a víz elérte a kb. 75 0 C-ot! Tartsd benne 5 percet (mérd stopperórával), hogy a termikus kölcsönhatás befejeződhessen a víz és a szilárd test között!

10. feladat: Vedd ki a kémcsövet a vízfürdőből, s ekkor olvasd le a víz hőmérsékletét. Ez lesz a szilárd test hőmérséklete is! Jegyezd fel a munkafüzet 1. feladatánál! FIGYELEM! Oltsd el a borszeszégőt a kupakjának a visszahelyezésével! 11. feladat: Vedd le a kaloriméter tetejét, s „öntsd át” kaloriméterbe!

a szilárd testet a kémcsőből a



12. feladat: Gyorsan tedd vissza a kaloriméter tetejét, majd óvatosan rázd össze! Várj 2 percet ( mérd stopperórával), míg a termikus kölcsönhatás lezajlik a rendszer elemei között! Olvasd le a termikus egyensúly beállta után a rendszerben létrejött közös hőmérsékletet! Jegyezd fel a munkafüzet 1. feladatánál! 13. feladat: Végezd el a fenti mérési sorozatot (2. feladat -11.feladat) újra, s a mérési eredményeket rögzítsd a munkafüzet 1. feladatánál .

A kísérlethez kapcsolódó megfigyelések leírása A méréseid, megfigyeléseid alapján OLDD MEG az alábbi feladatokat! 1. feladat: A mérési eredményeidet írd be az 1. táblázatba ! Jelölések: m v íz : a szobahőmérsékletű víz tömege m tes t : a szilárd test tömege T v íz : a szobahőmérsékletű víz hőmérséklete T tes t : a szilárd test hőmérséklete T k : a rendszer „közös” hőmérséklete C ka l : a kaloriméter hőkapacitása (vízértéke)= 49,52J/C (korábbi mérések alapján) c v íz : a víz fajhője (Tekintsük állandónak!) c tes t : a szilárd test fajhője 1.táblázat: A mérés sorszáma

m v íz (g) (kg)

m tes t (g) (kg)

T v íz ( 0 C )

T tes t ( 0 C )

1. mérés

2. mérés


Tk (0C )

c tes t számított (J/kg* 0 C)


2.feladat: Helyettesítsd be a fenti mérési eredményeket az alábbi képletbe!

Itt végezd el a behelyettesítéseket: 1. mérés adatai alapján: c tes t1 =

2. mérés adatai alapján: c tes t2 =

Majd a számított értékeket ( c t est 1 és c t est 2 ) írd be a táblázatba! Számold ki a fenti érékek átlagát, s megkap od a szilárd test fajhőjének számított értékét!



3. feladat: Keresd ki a függvénytáblázatból, hogy melyik anyag fajhője lehet a mért, illetve számolt érték! A szilárd test anyagi minősége: ____________________________ 4. feladat: Egészítsd ki az alábbi szöveget! A termikus kölcsönhatás során ____________ hőmérsékletű testek között __________ történik a következő alapegyenlet alapján:

A kísérlet során ____ és ___________ vette fel a szilárd test által leadott __________________. Az adott szilárd test fajhőjének az általam számított értéke 0 _____________J/kg* C , amely azt jelenti hogy az 1 kg tömegű test 1 0 C-os hőmérsékletváltozásához _____J hőmennyiség (energia) szükséges. Szerintem a szilárd test anyaga ____________lehet.

Felhasznált szakirodalom: nyomtatott szakirodalom: o Dr. Jurisits József – Dr. Szűcs József: Fizika 10. (Hőtan, Elektromosságtan) (Mozaik kiadó – Szeged, 2011.) o Budó Ágoston: Kísérleti fizika I. (mechanika, Hangtan, Hőtan) (Tankönyvkiadó, Budapest, 1992.) internetes hivatkozás: o https://www.google.hu/search?q=kalorim%C3%A9ter&client=firefoxo http://ttk.pte.hu/fizkem/etan-gyakpdf/1gyak.pdf o http://www.youtube.com/watch?v=rdaojqEoGww o http://hu.wikipedia.org/wiki/H%C5%91kapacit%C3%A1s o http://tudasbazis.sulinet.hu/hu/termeszettudomanyok/fizika/fizika-7-evfolyam/abelso-energia-valtozasa/a-fajho-fogalma


TANULÓI KÍSÉRLET (párban végzik-45 perc) Kalorimetria: A szilárd testek fajhőjének meghatározása

Recommend Documents