№2 зертханалық жұмыс. Мұздың меншікті балқу жылуын анықтау
Жұмыста жылы су құйылған калориметрге еріп жатқан мұз кесектерін салып, мұз толық ерігенше күтеді. Су мен мұздың массасын, бастапқы және соңғы температураны өлшейді. Содан кейін жылу балансының теңдеуі бойынша мұздың меншікті балқу жылуын λ есептеп, оны кестелік мәнмен салыстырады.
Жұмыстың мақсаты. Мұздың меншікті балқу жылуын эксперимент арқылы анықтау және алынған мәнді кестелік мәнмен салыстыру.
Осы тақырыпқа ҚМЖ жасауОқу мақсаттары
- 8.3.2.12эксперимент көмегімен мұздың меншікті балқу жылуын анықтау
- 8.1.3.3физика кабинетінде қауіпсіздік ережелерін білу және сақтау
Құрал-жабдықтар
- калориметр
- термометр (0–100 °C)
- өлшеуіш цилиндр (мензурка)
- таразы (бар болса)
- еріп жатқан мұз кесектері (0 °C)
- жылы су (35–45 °C)
- майлық немесе сүзгі қағаз
- мұзға арналған пинцет немесе қасық
Жұмыс барысы
- 1
Калориметрге 150–200 мл жылы су құйып, оның массасын m₁ жаз (1 мл судың массасы — 1 г).
- 2
Судың бастапқы температурасын t₁ өлше.
- 3
Еріп жатқан мұздың бірнеше кесегін алып, майлықпен сүрт те, бірден калориметрге сал.
- 4
Калориметрдің қақпағын жауып, термометрді бақылай отырып, суды ақырын араластыр.
- 5
Мұз толық ерігенде қоспаның орныққан температурасын θ жаз.
- 6
Калориметрдегі судың көлемін (немесе массасын) өлшеп, мұздың массасын тап: m₂ = m₃ − m₁, мұндағы m₃ — тәжірибе соңындағы судың массасы.
- 7
Тәжірибені мұздың басқа массасымен қайтала.
- 8
Әр тәжірибе үшін λ мәнін есептеп, орташа мәнін тап және оны кестелік мәнмен салыстыр.
Қысқаша теория
Балқу — заттың қатты күйден сұйық күйге өтуі. Қалыпты атмосфералық қысымда мұз 0 °C-та балқиды, және мұздың бәрі ерігенше мұз бен су қоспасының температурасы өзгермейді: берілген энергия кристалдық торды бұзуға жұмсалады. Балқу температурасында алынған массасы m дененің балқуына қажет жылу мөлшері Q = λ·m. Меншікті балқу жылуы λ балқу температурасындағы 1 кг затты балқыту үшін қанша жылу қажет екенін көрсетеді; өлшем бірлігі — Дж/кг. Мұз үшін кестелік мән λ = 3,4·10⁵ Дж/кг (дәлірек 3,34·10⁵ Дж/кг).
Калориметрге массасы m₁, температурасы t₁ жылы су құйып, оған 0 °C-тағы массасы m₂ мұз салынады. Су θ температурасына дейін суып, Q₁ = c·m₁·(t₁ − θ) жылу береді. Бұл жылу мұзды балқытуға (λ·m₂) және мұздан пайда болған суды 0 °C-тан θ-ға дейін жылытуға (c·m₂·θ) жұмсалады. Жылу балансының теңдеуі: c·m₁·(t₁ − θ) = λ·m₂ + c·m₂·θ.
Мұздың массасын айырма арқылы табу ыңғайлы: тәжірибе соңында калориметрдегі судың массасын немесе көлемін өлшеп, судың бастапқы массасын шегереді. Артық су қоспау үшін мұзды салар алдында майлықпен сүртеді.
Виртуалды тәжірибе
«Жылу зертханасы» симуляциясында «Мұз және бу» режимін таңда. Судың массасы мен температурасын және мұздың массасын беріп, балқуды іске қос та, мұздың бәрі ерігеннен кейінгі температураны θ жаз. Мәндерді λ формуласына қойып есепте, содан кейін тәжірибені мұздың басқа массасымен қайталап, нәтижелерді салыстыр.
Осы тақырыптағы тағы бір симуляция: Балқу және қайнау: су қыздыру қисығы
Өлшеу кестесі
№2 зертханалық жұмыс · Физика, 8 сынып. Мұздың меншікті балқу жылуын анықтау
Аты-жөні, сыныбы: ____________________ Күні: __________
| Тәжірибе № | m₁, кг | t₁, °C | m₂, кг | θ, °C | λ, Дж/кг |
|---|---|---|---|---|---|
| 1 | |||||
| 2 | |||||
| 3 |
Есептеу және қорытынды
Жылу балансының теңдеуінен: λ = [c·m₁·(t₁ − θ) − c·m₂·θ] / m₂, мұндағы c = 4200 Дж/(кг·°C) — судың меншікті жылу сыйымдылығы.
Мысалы, m₁ = 0,2 кг, t₁ = 40 °C, m₂ = 0,04 кг, θ = 20 °C болсын. Онда c·m₁·(t₁ − θ) = 4200 · 0,2 · 20 = 16 800 Дж, c·m₂·θ = 4200 · 0,04 · 20 = 3360 Дж, λ = (16 800 − 3360) / 0,04 = 336 000 Дж/кг ≈ 3,4·10⁵ Дж/кг.
Салыстырмалы қателік: ε = |λ − λ₀| / λ₀ · 100 %, мұндағы λ₀ — кестелік мән. Мысалда ε = |3,36 − 3,4| / 3,4 · 100 % ≈ 1,2 %.
Айырмашылықтың негізгі себептері — мұз бетіндегі су, калориметрмен және ауамен жылу алмасу, термометрдің (бөлік құнының жартысы) және мензурканың өлшеу қателігі.
Қорытынды үлгісі: Жұмыс барысында мұздың меншікті балқу жылуын анықтадым: λ = … Дж/кг. Кестелік мәні — 3,4·10⁵ Дж/кг, салыстырмалы қателік ε = … %. Айырмашылықтың себебі — … .
Бақылау сұрақтары
Мұз еріп жатқанда қоспаның температурасы неге өзгермейді?
Жауабын көру
Берілген энергия молекулалардың кинетикалық энергиясын арттыруға емес, мұздың кристалдық торын бұзуға жұмсалады, сондықтан температура 0 °C күйінде қалады.
Калориметрге салар алдында мұзды неге майлықпен сүртеді?
Жауабын көру
Мұз бетіндегі су балқуға жылу қажет етпейді. Оны сүртпесе, мұздың массасы артық, ал λ кем шығады.
Неге мұздатқыштан алынған мұз емес, еріп жатқан мұз алынады?
Жауабын көру
Мұздатқыштағы мұздың температурасы 0 °C-тан төмен, жылудың бір бөлігі оны 0 °C-қа дейін жылытуға кетеді. λ формуласы мұны ескермейді.
λ = 3,4·10⁵ Дж/кг нені білдіреді?
Жауабын көру
0 °C-тағы 1 кг мұзды балқыту үшін 3,4·10⁵ Дж жылу қажет. 1 кг су қатқанда дәл осынша жылу бөлінеді.
Неге калориметрдегі су мұздан едәуір көп болуы керек?
Жауабын көру
Мұздың бәрі еріп, соңғы температура 0 °C-тан жоғары болуы үшін. Мұздың бір бөлігі ерімей қалса, жылу балансының теңдеуін бұл түрде қолдануға болмайды.
Қауіпсіздік техникасы
- Қайнаған су алма; жылы суды абайлап құй.
- Суды термометрмен араластырма және мұзды термометрге тастама: шыны сынуы мүмкін.
- Мұзды пинцетпен, қасықпен немесе майлық арқылы ал, қолыңда ұзақ ұстама.
- Төгілген суды бірден сүрт: дымқыл еденде тайып кету оңай.
- Электронды таразыны судан аулақ ұста.
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 мұзсыз орындауға бола ма?
- Иә, «Жылу зертханасы» симуляциясында «Мұз және бу» режимінде виртуалды зертханалық жұмыс жүргізуге болады. Нәтижені журналға мұғалімнің талабы бойынша жаз.
- Қорытындыны қалай жазу керек?
- λ-ның алынған мәнін өлшем бірлігімен жаз, оны кестелік мәнмен салыстыр, салыстырмалы қателікті көрсет және айырмашылықтың бір-екі себебін ата.
- Неге λ кестедегіден өзгеше шықты?
- Әдетте мұз кесектеріндегі су, калориметрмен және ауамен жылу алмасу, температура мен көлемді дәл оқымау әсер етеді. Мектеп тәжірибесі үшін бірнеше пайыз айырма — қалыпты нәтиже.