Изменения температуры жидкости от времени нагрева. Исследование скорости остывания воды в сосуде при различных условиях График зависимости температуры воды от времени

1. Построить график зависимости температуры (t i) (например t 2) от времени нагревания (t, мин). Убедиться, что достигнут стационарный режим.

3. Только для стационарного режима вычислить значения и lnA, результаты вычислений занести в таблицу.

4. Построить график зависимости от x i , приняв за начало отсчета положение первой термопары х 1 = 0 (координаты термопар указаны на установке). По нанесенным точкам провести прямую.

5. Определить усредненный тангенс угла наклона или

6. По формуле (10), учитывая (11), вычислить коэффициент теплопроводности металла и определить погрешность измерения.

7. С помощью справочника определить металл, из которого изготовлен стержень.

Контрольные вопросы

1. Какое явление называется теплопроводностью? Запишите его уравнение. Что характеризует градиент температуры?

2. Что является переносчиком тепловой энергии в металлах?

3. Какой режим называется стационарным? Получите уравнение (5), описывающее этот режим.

4. Выведите формулу (10) для коэффициента теплопроводности.

5. Что такое термопара? Как с её помощью можно измерить температуру в определенной точке стержня?

6. Каков метод измерения теплопроводности в данной работе?

Лабораторная работа № 11

Изготовление и градуировка датчика температуры на основе термопары

Цель работы: ознакомление с методикой изготовления термопары; изготовление и градуировка датчика температуры на основе термопары; использования датчика температуры для определения температуры плавления сплава Вуда.

Введение

Температура – физическая величина, характеризующая состояние термодинамического равновесия макроскопической системы. В равновесных условиях температура пропорциональна средней кинетической энергии теплового движения частиц тела. Диапазон температур, при которых протекают физические, химические и другие процессы, исключительно широк: от абсолютного нуля до 10 11 К и выше.

Температуру невозможно измерить непосредственно; ее значение определяют по температурному изменению, какого–либо удобного для измерений физического свойства вещества. Такими термометрическими свойства могут быть: давление газа, электрическое сопротивление, тепловое расширение жидкости, скорость распространения звука.

При построении температурной шкалы приписывают значение температуры t 1 и t 2 двум фиксированным температурным точкам (значение измеряемого физического параметра) x = x 1 и x = x 2 , например, точке плавления льда и точке кипения воды. Разность температур t 2 – t 1 называют основным температурным интервалом шкалы. Температурная шкала представляет собой конкретную функциональную числовую связь температуры со значениями измеряемого термометрического свойства. Возможно неограниченное число температурных шкал, различающихся по термометрическому свойству, принятой зависимости t(x) и температурам фиксированных точек. Например, существуют шкалы Цельсия, Реомюра, Фаренгейта и др. Принципиальным недостатком эмпирических температурных шкал является их зависимость от термометрического вещества. Этот недостаток отсутствует у термодинамической температурной шкалы, основанной на втором начале термодинамики. Для равновесных процессов справедливо равенство:

где: Q 1 – количество теплоты, полученное системой от нагревателя при температуре Т 1 ; а Q 2 – количество теплоты, отданное холодильнику при температуре Т 2 . Отношения не зависят от свойства рабочего тела и позволяют по доступным для измерений величинам Q 1 и Q 2 определить термодинамическую температуру. Принято считать Т 1 = 0 К – при абсолютном нуле температур и Т 2 = 273,16 К в тройной точке воды. Температура по термодинамической шкале выражается в градусах Кельвина (0 К). Введение Т 1 = 0 является экстраполяцией и не требует реализации абсолютного нуля.

При измерении термодинамической температуры применяют обычно одно из строгих следствий второго начала термодинамики, связывающее удобно измеряемое термодинамическое свойство с термодинамической температурой. В числе таких соотношений: законы идеального газа, законы излучения черного тела и т.д. В широком интервале температур, примерно от точки кипения гелия до точки затвердевания золота, наиболее точные измерения термодинамической температуры обеспечивает газовый термометр.

На практике измерение температуры по термодинамической шкале затруднительно. Значение этой температуры обычно наносят на удобный вторичный термометр, более стабильный и чувствительный, чем приборы, воспроизводящие термодинамическую шкалу. Вторичные термометры градуируют по высокостабильным реперным точкам, температуры которых по термодинамической шкале заранее найдены предельно точными измерениями.

В данной работе в качестве вторичного термометра используется термопара (контакт двух различных металлов), а в качестве реперных точек – температуры плавления и кипения различных веществ. Термометрическим свойством термопары является контактная разность потенциалов.

Термопарой называется замкнутая электрическая цепь, содержащая два спая двух различных металлических проводников. Если температура спаев различна, то в цепи будет идти обусловленный термоэлектродвижущей силой электрический ток. Величина термоэлектродвижущей силы e пропорциональна разности температур:

где k- const, если разность температур не очень велика.

Величина k обычно не превышает нескольких десятков микровольт на градус и зависит от материалов, из которых изготовлена термопара.

Упражнение 1. Изготовление термопары

Каталог заданий.
Часть 2

Сортировка Основная Сначала простые Сначала сложные По популярности Сначала новые Сначала старые
Пройти тестирование по этим заданиям
Вернуться к каталогу заданий
Версия для печати и копирования в MS Word

В процессе кипения жидкости, предварительно нагретой до температуры кипения, сообщаемая ей энергия идёт

1) на увеличение средней скорости движения молекул

2) на увеличение средней скорости движения молекул и на преодоление сил взаимодействия между молекулами

3) на преодоление сил взаимодействия между молекулами без увеличения средней скорости их движения

4) на увеличение средней скорости движения молекул и на увеличение сил взаимодействия между молекулами

Решение.

При кипении температура жидкости не меняется, а происходит процесс перехода в другое агрегатное состояние. Образование другого агрегатного состояния идет с преодолением сил взаимодействия между молекулами. Постоянность температуры означает и постоянство средней скорости движения молекул.

Ответ: 3

Источник: ГИА по физике. Основная волна. Вариант 1313.

Открытый сосуд с водой находится в лаборатории, в которой поддерживается определённая температура и влажность воздуха. Скорость испарения будет равна скорости конденсации воды в сосуде

1) только при условии, что температура в лаборатории больше 25 °С

2) только при условии, что влажность воздуха в лаборатории равна 100%

3) только при условии, что температура в лаборатории меньше 25 °С, а влажность воздуха меньше 100%

4) при любой температуре и влажности в лаборатории

Решение.

Скорость испарения будет равна скорости конденсации воды в сосуде только если влажность воздуха в лаборатории равна 100% вне зависимости от температуры. В таком случае будет наблюдаться динамическое равновесие: сколько молекул испарилось, столько же сконденсировалось.

Правильный ответ указан под номером 2.

Ответ: 2

Источник: ГИА по физике. Основная волна. Вариант 1326.

1) для нагревания 1 кг стали на 1 °С необходимо затратить энергию 500 Дж

2) для нагревания 500 кг стали на 1 °С необходимо затратить энергию 1 Дж

3) для нагревания 1 кг стали на 500 °С необходимо затратить энергию 1 Дж

4) для нагревания 500 кг стали на 1 °С необходимо затратить энергию 500 Дж

Решение.

Удельная теплоемкость характеризует количество энергии, которое необходимо сообщить одному килограмму вещества для того, из которого состоит тело, для того, чтобы нагреть его на один градус Цельсия. Таким образом, для нагревания 1 кг стали на 1 °С необходимо затратить энергию 500 Дж.

Правильный ответ указан под номером 1.

Ответ: 1

Источник: ГИА по фи­зи­ке. Ос­нов­ная волна. Даль­ний Восток. Ва­ри­ант 1327.

Удельная теплоёмкость стали равна 500 Дж/кг·°С. Что это означает?

1) при охлаждении 1 кг стали на 1 °С выделяется энергия 500 Дж

2) при охлаждении 500 кг стали на 1 °С выделяется энергия 1 Дж

3) при охлаждении 1 кг стали на 500 °С выделяется энергия 1 Дж

4) при охлаждении 500 кг стали на 1 °С выделяется энергия 500 Дж

Решение.

Удельная теплоемкость характеризует количество энергии, которое необходимо сообщить одному килограмму вещества для того, чтобы нагреть его на один градус Цельсия. Таким образом, для нагревания 1 кг стали на 1 °С необходимо затратить энергию 500 Дж.

Правильный ответ указан под номером 1.

Ответ: 1

Источник: ГИА по фи­зи­ке. Ос­нов­ная волна. Даль­ний Восток. Ва­ри­ант 1328.

Регина Магадеева 09.04.2016 18:54

В учебнике восьмого класса у меня определения удельной теплоемкости выглядит так:физическая величина, численно равная количеству теплоты, которое необходимо передать телу массой 1кг для того, чтобы его температура!изменилась! на 1 градус. В решении же написано, что удельная теплоемкость нужна для того, чтобы нагреть на 1 градус.

Одно и тоже вещество в реальном мире в зависимости от окружающих условий может находиться в различных состояниях. Например, вода может быть в виде жидкости, в идее твердого тела - лед, в виде газа - водяной пар.

• Эти состояния называются агрегатными состояниями вещества.

Молекулы вещества в различных агрегатных состояниях ничем не отличаются друг от друга. Конкретное агрегатное состояние определяется расположением молекул, а так же характером их движения и взаимодействия между собой.

Газ - расстояние между молекулами значительно больше размеров самих молекул. Молекулы в жидкости и в твердом теле расположены достаточно близко друг к другу. В твердых телах еще ближе.

Чтобы изменить агрегатное состояние тела, ему необходимо сообщить некоторую энергию. Например, чтобы перевести воду в пар её надо нагреть.Чтобы пар снова стал водой, он должен отдать энергию.

Переход из твердого состояния в жидкое

Переход вещества из твердого состояние в жидкое называется плавлением. Для того чтобы тело начало плавиться, его необходимо нагреть до определенной температуры. Температура, при которой вещество плавится, называют температурой плавления вещества.

Каждое вещество имеет свою температуру плавления. У каких-то тел она очень низкая, например, у льда. А у каких-то тел температура плавления очень высокая, например, железо. Вообще, плавление кристаллического тела это сложный процесс.

График плавления льда

Ниже на рисунке представлен график плавления кристаллического тела, в данном случае льда.

• График показывает зависимость температуры льда от времени, которое его нагревают. На вертикально оси отложена температура, по горизонтальной - время.

Из графика, что изначально температура льда была -20 градусов. Потом его начали нагревать. Температура начала расти. Участок АВ это участок нагревания льда. С течением времени, температура увеличилась до 0 градусов. Эта температура считается температурой плавления льда. При этой температуре лед начал плавиться, но при этом перестала возрастать его температура, хотя при этом лед также продолжали нагревать. Участку плавления соответствует участок ВС на графике.

Затем, когда весь лед расплавился и превратился в жидкость, температура воды снова стала увеличиваться. Это показано на графике лучом C. То есть делаем вывод, что во время плавления температура тела не изменяется, вся поступающая энергия идет на плвление.

Исследование скорости остывания воды в сосуде

при различных условиях

Выполнила команда:

Игровой номер команды:

Ярославль, 2013

Краткая характеристика параметров исследования

Температура

Понятие температуры тела представляется на первый взгляд простым и понятным. Из повседневного опыта каждый знает, что бывают тела горячие и холодные.

Опыты и наблюдения показывают, что при контакте двух тел, из которых одно мы воспринимаем как горячее, а другое как холодное, про­исходят изменения физических параметров как первого, так и второго тела. «Физическая величина, измеряемая термометром и одинаковая у всех тел или частей тела, находящихся в термодинамическом равновесии друг с другом, называется температурой». Когда термометр приводят в контакт с изучаемым телом, мы видим разного рода изменения: движется "столбик" жидкости, меняется объем газа и т. п. Но вскоре между термометром и телом обязательно наступает термодинамическое равновесие - состояние, при котором остаются постоянными все величины, характеризующие эти тела: их массы, объемы, давления и так далее. С этого момента термометр показывает не только свою температуру, но и температуру изучаемого тела. В повседневной жизни наиболее распространен способ измерения температуры с помощью жидкостного термометра. Здесь для измерения температуры используется свойство жидкостей при нагревании расши­ряться. Для измерения температуры тела термометр приводят с ним в контакт, между телом и термометром осуществляется процесс теплопередачи до установления теплового равновесия. Чтобы процесс измерения не изменил заметно температуру тела, масса термометра должна быть значительно меньше массы тела, температура которого измеряется.

Теплообмен

Практически все явления внешнего мира и различные изменения в человеческом организме сопровождаются изменением температуры. Явления теплообмена сопутствуют всей нашей повседневной жизни.

В конце 17 века известный английский физик Исаак Ньютон высказал гипотезу: «скорость теплообмена между двумя телами тем больше, чем сильнее отличаются их температуры (под скоростью теплообмена понимаем изменение температуры в единицу времени). Теплообмен всегда происходит в определённом направлении: от тел с более высокой температурой к телам с более низкой. В этом нас убеждают многочисленные наблюдения, даже на бытовом уровне (ложка в стакане с чаем нагревается, а чай остывает). Когда температура тел выравнивается, процесс теплообмена прекращается, т. е. наступает тепловое равновесие.

Простое и понятное утверждение о том, что самостоятельно теплота переходит только от тел с более высокой температурой к телам с меньшей температурой, а не наоборот, является одним из основополагающих законов в физике, и называются II законом термодинамики, этот закон был сформулирован в XVIII веке немецким учёным Рудольфом Клаузиусом.

Исследование скорости остывания воды в сосуде при различных условиях

Гипотеза : Мы предполагаем, что скорость остывания воды в сосуде зависит от слоя жидкости (масла, молока) налитого на поверхность воды.

Цель : Определить влияет ли поверхностным слой масла и поверхностный слой молока на скорость остывания воды.

Задачи :
1. Изучить явление остывания воды.

2. Определить зависимость температуры остывания воды с поверхностным слоем масла от времени, результаты записать в таблицу.

3. Определить зависимость температуры остывания воды с поверхностным слоем молока от времени, результаты записать в таблицу.

4. Построить графики зависимостей, провести анализ результатов.

5. Сделать вывод о том, какой поверхностный слой на воде оказывает большее влияние на скорость остывания воды.

Оборудование : стакана лабораторный, секундомер, термометр.

План эксперимента :
1. Определение цены деления шкалы термометра.

2. Провести измерение температуры воды при остывании через каждые 2 минуты.

3. Провести измерение температуры при остывании воды с поверхностным слоем масла через каждый 2 минуты.

4. Провести измерение температуры при остывании воды с поверхностным слоем молока через каждый 2 минуты.

5. Результаты измерений занести в таблицу.

6. По данным таблицы построить графики зависимостей температуры воды от времени.

8. Проанализировать результаты и дать их обоснования.

9. Сделать вывод.

Выполнение работы

Сначала мы нагрели воду в 3 стаканах до температуры 71,5⁰С. Затем мы налили в один из стаканов растительное масло, в другой молоко. Масло распределилось по поверхности воды, образуя равномерный слой. Растительное масло – продукт, извлекаемый из растительного сырья и состоящее из жирных кислот и сопутствующих им веществ. Молоко перемешалось с водой (образуя эмульсию), это свидетельствовало о том, что молоко либо разбавлено водой и не соответствует заявленной на упаковке жирности, либо является изготовленным из сухого продукта и в том и другом случае физические свойства молока изменяются. Натуральное молоко неразбавленное водой в воде собирается сгустком и некоторое время не растворяется. Чтобы определить время остывания жидкостей, мы фиксировали температуру остывания через каждые 2 минуты.

Таблица. Исследование времени остывания жидкостей.

жидкость
вода, t,⁰С
вода с маслом, t,⁰С
вода с молоком, t,⁰С

По данным таблицы мы видим, что начальные условия во всех экспериментах были одинаковыми, но через 20 минут проведения эксперимента жидкости имеют разные температуры, значит они имеют различные скорости остывания жидкости.

Более наглядно это представлено на графике.

В координатной плоскости с осями температура и время отметили точки, отображающие зависимость между этими величинами. Усредняя значения, провели линию. На графике получилась линейная зависимость температуры остывания воды от времени остывания при различных условиях.

Рассчитаем скорость остывания воды:

а) для воды

0-10 мин (ºС/мин)

10-20 мин (ºС/мин)
б) для воды с поверхностным слоем масла

0-10 мин (ºС/мин)

10-20 мин (ºС/мин)
б) для воды с молоком

0-10 мин (ºС/мин)

10-20 мин (ºС/мин)

Как видно из расчётов медленнее всего остывала вода с маслом. Это обусловлено тем, что слой масла не позволяет воде интенсивно обмениваться теплом с воздухом. Значит теплообмен воды с воздухом замедляется, скорость остывания воды уменьшается, вода дольше остается более горячей. Это можно использовать при приготовлении пищи, например при варке макарон, после закипания воды добавить масло, макароны быстрее сварятся да еще и слипаться не будут.

Вода без каких либо добавок имеет скорость остывания наибольшую, значит и остынет быстрее.

Вывод: таким образом, мы экспериментально убедились, что поверхностный слой масла оказывает большее влияние на скорость остывания воды, скорость остывания уменьшается и вода остывает медленнее.