№1 зертханалық жұмыс. Температуралары әр түрлі суды араластырғандағы жылу мөлшерлерін салыстыру
Жұмыста калориметрде ыстық және суық суды араластырып, олардың массасы мен температурасын өлшейді. Содан кейін ыстық судың берген жылу мөлшерін суық судың алған жылу мөлшерімен салыстырады. Термометр мен өлшеуіш цилиндр арқылы энергияның сақталу заңын тексеріп, жылудың қанша бөлігі калориметр мен ауаға кеткенін бағалайды.
Жұмыстың мақсаты. Әр түрлі температурадағы суды араластырғанда ыстық судың берген және суық судың алған жылу мөлшерлерін салыстыру, олардың айырмашылығына әсер ететін факторларды анықтау.
Осы тақырыпқа ҚМЖ жасауОқу мақсаттары
- 8.3.2.8жылу құбылыстарындағы энергияның сақталу және айналу заңын зерттеу
- 8.1.3.2тәжірибені жүргізуге әсер ететін факторларды анықтау
- 8.1.3.3физика кабинетінде қауіпсіздік ережелерін білу және сақтау
Құрал-жабдықтар
- калориметр
- термометр (0–100 °C)
- өлшеуіш цилиндр (мензурка)
- ыстық су құйылған ыдыс (60–70 °C)
- суық су құйылған ыдыс
- шыны таяқша немесе араластырғыш
- сүлгі немесе майлық
Жұмыс барысы
- 1
Өлшеуіш цилиндрмен 100 мл суық су өлшеп, калориметрдің ішкі ыдысына құй және оның массасын m₂ жаз (1 мл судың массасы — 1 г).
- 2
Суық судың температурасын t₂ өлше: термометр бағаны қозғалуын тоқтатқанша күт.
- 3
Бөлек стаканға дәл осындай көлемде ыстық су өлшеп ал, оның температурасын t₁ өлшеп, массасын m₁ жаз.
- 4
Ыстық суды бірден калориметрге құй, қақпағын жауып, ақырын араластыр.
- 5
Термометрді бақылап, қоспаның орныққан температурасын θ жаз.
- 6
Тәжірибені басқа массалармен қайтала, мысалы 100 мл ыстық және 50 мл суық сумен.
- 7
Жылу оқшаулауының әсерін көру үшін үшінші тәжірибені калориметрсіз, кәдімгі стаканда жүргіз.
- 8
Әр тәжірибе үшін Q₁ мен Q₂ мәндерін есептеп, олардың айырмасын тап.
Қысқаша теория
Жылу мөлшері Q — жылу алмасу кезінде дененің алатын немесе беретін энергиясы. ХБЖ-да ол джоульмен (Дж) өлшенеді. Дене агрегаттық күйін өзгертпей қызғанда немесе суығанда Q = c·m·(t₂ − t₁), мұндағы c — заттың меншікті жылу сыйымдылығы, m — дененің массасы, t₁ мен t₂ — бастапқы және соңғы температуралар. Судың меншікті жылу сыйымдылығы c = 4200 Дж/(кг·°C): 1 кг суды 1 °C-қа қыздыру үшін 4200 Дж жылу қажет.
Массасы m₁, температурасы t₁ ыстық суды массасы m₂, температурасы t₂ суық сумен араластырсақ, біраз уақыттан кейін ортақ температура θ орнайды. Ыстық су Q₁ = c·m₁·(t₁ − θ) жылу береді, ал суық су Q₂ = c·m₂·(θ − t₂) жылу алады. Тұйық жүйеде энергияның сақталу заңы бойынша Q₁ = Q₂. Бұл — жылу балансының теңдеуі.
Тәжірибеде Q₁ әдетте Q₂-ден сәл көп болады. Энергияның бір бөлігі калориметрді, термометрді және қоршаған ауаны қыздыруға жұмсалады, біразы су құйғанда және буланғанда кетеді. Энергия жойылмайды, басқа денелерге беріледі. Жылу оқшаулауы неғұрлым жақсы және тәжірибе неғұрлым тез жүргізілсе, Q₁ мен Q₂ соғұрлым жақын болады.
Виртуалды тәжірибе
«Жылу зертханасы» симуляциясында «Калориметр» режимін таңда. Судың массалары мен температураларын беріп, араластыр да, орныққан температураны θ жазып ал. Тәжірибені екі рет — калориметрдің жылу оқшаулауы қосулы және өшірулі кезде — жүргізіп, әр жағдайда Q₁ мен Q₂ қаншалықты ерекшеленетінін салыстыр.
Осы тақырыптағы тағы бір симуляция: Қыздыру: жылу мөлшері және меншікті жылу сыйымдылығы
Өлшеу кестесі
№1 зертханалық жұмыс · Физика, 8 сынып. Температуралары әр түрлі суды араластырғандағы жылу мөлшерлерін салыстыру
Аты-жөні, сыныбы: ____________________ Күні: __________
| Тәжірибе № | m₁, кг | t₁, °C | m₂, кг | t₂, °C | θ, °C | Q₁, Дж | Q₂, Дж |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 1 | |||||||
| 2 | |||||||
| 3 |
Есептеу және қорытынды
Ыстық судың берген жылу мөлшері: Q₁ = c·m₁·(t₁ − θ); суық судың алған жылу мөлшері: Q₂ = c·m₂·(θ − t₂), мұндағы c = 4200 Дж/(кг·°C).
Мысалы, m₁ = m₂ = 0,1 кг, t₁ = 70 °C, t₂ = 20 °C, θ = 44 °C болсын. Онда Q₁ = 4200 · 0,1 · 26 = 10 920 Дж, Q₂ = 4200 · 0,1 · 24 = 10 080 Дж.
Айырма Q₁ − Q₂ = 840 Дж — жылу шығыны. Пайызбен: (Q₁ − Q₂) / Q₁ · 100 % ≈ 8 %.
Термометрдің өлшеу қателігі — бөлік құнының жартысы (бөлік құны 1 °C болса, ±0,5 °C). Q₁ мен Q₂ айырмасы небәрі бірнеше пайыз болса, оны өлшеу қателігімен де түсіндіруге болады.
Қорытынды үлгісі: Жұмыс барысында ыстық судың берген жылу мөлшерін Q₁ = … Дж және суық судың алған жылу мөлшерін Q₂ = … Дж салыстырдым. Q₁ шамасы Q₂-ден … %-ға … болды. Оның себебі — … . Жылу құбылыстарында энергияның сақталу заңы …, өйткені … .
Бақылау сұрақтары
Неліктен ыстық судың берген жылуы суық судың алған жылуынан әдетте көп болады?
Жауабын көру
Ыстық су энергияның бір бөлігін калориметрге, термометрге және ауаға береді, біразы буланумен кетеді. Бұл энергия Q₂-ге кірмейді.
Калориметр не үшін қажет?
Жауабын көру
Калориметр — жылу оқшаулауы бар ыдыс (ауа қабаты, қақпақ). Ол қоршаған ортамен жылу алмасуды азайтады, сондықтан нәтиже жылу балансының теңдеуіне жақын шығады.
Тәжірибенің дәлдігіне қандай факторлар әсер етеді?
Жауабын көру
Ыдыстың жылу оқшаулауы, суды құю мен араластыру жылдамдығы, температураны оқығанға дейін күту уақыты, термометрдің бөлік құны және суды өлшеу дәлдігі.
Массалары бірдей 80 °C және 20 °C суды шығынсыз араластырса, қоспаның температурасы қандай болады?
Жауабын көру
θ = (80 + 20) / 2 = 50 °C: массалар тең болғанда ыстық су қанша градусқа суыса, суық су сонша градусқа жылиды.
Судың меншікті жылу сыйымдылығы нені көрсетеді?
Жауабын көру
1 кг суды 1 °C-қа қыздыруға қанша жылу қажет екенін көрсетеді. Су үшін ол 4200 Дж/(кг·°C).
Қауіпсіздік техникасы
- Қайнаған су алма, 60–70 °C су жеткілікті; ыстық ыдысты тұтқасынан немесе майлық арқылы ұста.
- Суды термометрмен араластырма және термометрді үстел шетіне қойма. Термометр сынса, сынықтарын ұстама, мұғалімге айт.
- Суды үстел үстінде ақырын құй, төгілген суды бірден сүрт.
- Судың дәмін татып көрме, температурасын қолмен тексерме.
Мұғалімге
Осы жұмыстың тақырыбына ҚМЖ мен БЖБ-ны Bilim Plus Ұстаз кабинетінде ЖИ оқу мақсаттарының коды бойынша жинайды. Симуляцияны сыныпқа беруге не тақтаға шығаруға болады.
Жиі қойылатын сұрақтар
- Жұмысты калориметр мен термометрсіз орындауға бола ма?
- Иә, «Жылу зертханасы» симуляциясында «Калориметр» режимінде виртуалды зертханалық жұмыс жүргізуге болады. Нәтижені журналға мұғалімнің талабы бойынша жаз.
- Қорытындыны қалай жазу керек?
- Жылу мөлшерінің екі мәнін атап, оларды салыстыр (көп, аз, неше пайызға) және айырманың себебін түсіндір. Соңғы сөйлемде жұмыстың мақсатына жауап бер: энергияның сақталу заңы орындала ма.
- Неге тәжірибеге қайнаған су алынбайды?
- Қайнаған су қауіпті: оны төгіп алып, күйіп қалуға болады. Сонымен қатар ол тез суып, қатты буланады, сондықтан жылу шығыны артып, нәтиже нашарлайды.