Как рассчитать количество теплоты отданное горячей водой. Урок-лабораторная работа "сравнение количеств теплоты при смешивании воды разной температуры"
________________________
Учени___ 8-го класса
«Сравнение количества теплоты при смешивании воды разной температуры»
Цель работы: определить количество теплоты, отданное горячей водой и полученное холодной при теплообмене, и объяснить полученный результат.
Приборы и материалы: калориметр, мензурка, термометр, стакан.
1. Ответьте на вопрос: в каких единицах измеряется
· Количество теплоты __________
· Масса тела __________________
· Удельная теплоемкость _______
2. Напишите формулу для расчета количества теплоты, необходимого для нагревания тела _________________________________________
Познакомьтесь с устройством и назначением калориметра:
Прибор состоит из двух сосудов (внутренний и внешний), разделенных воздушной прослойкой
Белая окраска внешнего сосуда
уменьшает теплообмен путем излучения
Назначение : калориметр уменьшает
теплообмен с окружающей средой
Ход работы
Выполните следующие действия:
1. Отмерьте с помощью мензурки 100г горячей воды и налейте ее во внутренний сосуд калориметра
2. Измерьте температуру горячей воды
3. Отмерьте 100г холодной воды и перелейте ее в стакан
4. Измерьте температуру холодной воды
5. Осторожно влейте холодную воду в сосуд с горячей водой, помешайте термометром полученную смесь и измерьте температуру
6. Рассчитайте по формуле Q=c m (t2 – t1) количество теплоты, отданное горячей водой при остывании, и количество теплоты, полученное холодной водой при нагревании
7. Результат измерений и вычислений запишите в таблицу. Сравните Q отданное и Q полученное
Масса горячей воды, m, кг
Начальная температура горячей воды, t1, 0C
Температура смеси, t1, 0C
Количество теплоты, отданное горячей водой, Q1, Дж
Q1=c1 m1(t –t1)
Масса холодной воды, m, кг
Начальная температура холодной воды, t2, 0C
Количество теплоты, полученное холодной водой, Q2, Дж
Q2=c2 m2(t –t2)
8. Сделайте вывод ________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
Оценка __________________
_______________________
Лабораторная работа №2
Учени___ 8-го класса
________________________________________________________
«Измерение удельной теплоемкости твердого тела»
Цель работы: определить удельную теплоемкость металлического цилиндра.
Приборы и материалы: калориметр, мензурка, термометр, стакан, весы, гири, металлический цилиндр на нити, сосуд с горячей водой.
Ход работы:
Налейте в калориметр воду массой 100-150г комнатной температуры. Измерьте температуру воды. Нагрейте цилиндр в сосуде с горячей водой. Измерьте ее температуру (эта температура и будет начальной температурой цилиндра). Затем опустите его в калориметр с водой. Измерьте температуру воды в калориметре после отпускания цилиндра. С помощью весов определите массу алюминиевого цилиндра, предварительно обсушив его. Все данные измерений запишите в таблицу:
Масса воды в калориметре
Начальная температура воды t1
Масса цилиндра m2
Начальная температура цилиндра t2
Общая температура воды и цилиндра t,
6.Рассчитайте:
а) количество теплоты Q1 , которое получила вода при нагревании:
Q1= c1m1(t - t1),
где с1- удельная теплоемкость воды.
б) количество теплоты Q2 , отданное металлическим цилиндром при охлаждении:
Q2= c2m2(t2 – t),
где с2 – удельная теплоемкость вещества цилиндра, значение которой надо рассчитать.
Зная, что количество теплоты, полученное водой при нагревании. Равно количеству теплоты, отданному цилиндром при охлаждении, можно записать
Q1= Q2 , или c1 m1(t – t1) = c2 m2(t2 – t)
Из полученного уравнения выразим неизвестную величину удельную теплоемкость с2
Вывод _______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
_________________
Лабораторная работа №3
Учени___ 8-го класса
________________________________________________________
Цель работы: научить пользоваться измерительным электрическим прибором –амперметром, убедиться на опыте, что сила тока в различных последовательной соединенных участках цепи одинакова.
Оборудование: источник тока, электрическая лампочка на подставке, электрический ключ, соединительные провода, амперметр
Ответьте на вопросы: 1.Чему равна цена деления амперметра? _________________
4. Каковы правила включения амперметра в цепь?
_________________________________________________________________________
5. Где должна находиться стрелка амперметра до включения его в цепь?___________
Заполните таблицу:
Название прибора
Амперметр
Назначение
Цена деления
Погрешность измерения
Выполните следующие действия
1. Соберите электрические цепи по схемам, изображенным на рисунках
2. Запишите показания амперметра во всех трех случаях под схемой электрической цепи.
3. Сравните полученные результаты. Сделайте вывод. _______________________________________________________________________________
4. Определите, какой заряд прошел через электрическую лампу, если ключ был замкнут в течение 1 минуты.
5.Соберите цепь, состоящую из источника тока, двух электрических ламп, ключа, амперметра, соединительных проводов. Измерьте силу тока в лампах, показания запишите и сделайте вывод. _________________________________________________________________________________________________________________________________________________
Оценка _________________________
Лабораторная работа №4
Учени___ 8-го класса
________________________________________________________
Тема: Измерение напряжения на различных участках электрической цепи
Цель работы: научиться пользоваться измерительным электрическим прибором –вольтметром, убедиться на опыте, научиться измерять напряжение на различных участках цепи.
Оборудование: источник тока, электрическая лампочка на подставке, электрический ключ, соединительные провода, вольтметр, амперметр.
Ответьте на вопросы: 1. Из каких основных частей состоит вольтметр? _________________________________________________________________________ 1.Чему равна цена деления вольтметра? _________________
2. Каков предел измерения прибора?_________________________________________
3. Чему равна погрешность измерения? _______________________________________
4. Каковы правила включения вольтметра в цепь?
_________________________________________________________________________
5. Где должна находиться стрелка вольтметра до включения его в цепь?___________
Заполните таблицу:
Название прибора
вольтметр
Условное обозначение на схемах
Назначение
Цена деления
Погрешность измерения
Выполните следующие действия
Соберите цепь, состоящую из источника тока, двух электрических лампочек, ключа, амперметра, соединительных проводов. Начертите в тетради схему соединения приборов, укажите точки подключения вольтметра. С помощью лабораторного вольтметра измерьте напряжение (U1 и U2) на каждой лампочке и на клеммах источника тока (U). Вычислите сумму напряжений U1 + U2 на обеих лампах и сравните ее с напряжением U. Сделайте вывод.
____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
Оценка _________________________
_______________________
Лабораторная работа № 5
Учени___ 8-го класса
________________________________________________________
Тема: «Регулирование силы тока реостатом»
Цель работы: изучить устройство реостата, научиться пользоваться прибором для
регулирования силы тока в электрической цепи.
Оборудование: амперметр, реостат, источник тока, ключ, соединительные провода.
Рассмотрите полученный лабораторный реостат и прочитайте описание устройства реостата в тексте учебника $47.
Ответьте на вопросы:
1. Для чего предназначен реостат? _____________________________________________________________________________
2. Как условно изображают реостат на схемах электрических цепей?
3. Почему в реостатах используют проволоку с большим удельным сопротивлением?
__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
4. Назовите основные детали реостата? _____________________________________________________________________________
Выполните следующие действия:
1. Соберите электрическую цепь, включив последовательно реостат на полное сопротивление, амперметр, источник тока, ключ.
2. Запишите показания амперметра и зарисуйте схему собранной цепи
3. Плавно передвигайте ползунок до середины реостата, запишите показания амперметра в этом положении ползунка. Начертите схему цепи.
Продолжайте плавно передвигать ползунок реостата, уменьшая его сопротивление, но не выводя его из реостата полностью (если вывести полностью ползунок, сопротивление станет равным нулю, сила тока резко возрастет и амперметр может испортиться).
Начертите схему электрической цепи и запишите показания амперметра.
Электрическая схема
Сила тока, I, А
Сделайте вывод о том, в какую сторону надо двигать ползунок, чтобы увеличить или уменьшить сопротивление реостата.
Как изменилось сопротивление реостата в выполненной вами лабораторной работе ?
__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
Оценка ______________________________________________
_______________________________
Лабораторная работа № 7
Учени___ 8-го класса
________________________________________________________
Тема: «Измерение мощности и работы тока в электрической лампе»
Цель работы: научиться определять мощность и работу тока в лампе, используя амперметр, вольтметр и часы.
Оборудование: низковольтная лампа на подставке, амперметр, секундомер, источник тока, ключ, соединительные провода.
Контрольные вопросы:
1. Чтобы определить работу электрического тока, надо ____________________________________
2. Напишите формулу работы электрического тока, которой удобно пользоваться при расчетах
4. В каких единицах измеряется работа электрического тока? ___________________________
5. Чему равна мощность электрического тока? Напишите формулу
6. В каких единицах измеряется мощность?____________________________________________
Указания к работе.
Соберите цепь из источника питания, лампы, амперметра и ключа, соединив все последовательно (см. рис 68). Измерьте вольтметром напряжение на лампе. Начертите схему собранной цепи и запишите показания приборов. Вычислите мощность тока в лампе. Заметьте время включения и выключение лампы. По времени ее горения и мощности определите работу тока в лампе. Заполните таблицу:
Измерение
Вычисление
Сила тока
Напряжение
Время горения лампы, t
Мощность тока
Работа электрического тока
Работа электрического
Проверьте, совпадает ли полученное значение мощности с мощностью, обозначенной на лампе. Если значения не совпадают, объясните причину этого.
_________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
Оценка _____________________________________________
_________________________________________________________
Лабораторная работа № 8
Учени___ 8-го класса
________________________________________________________
Тема: «Сборка электромагнита и испытание его действия»
Цель работы: собрать электромагнит и на опыте проверить, от чего зависит его магнитное действие.
Оборудование: источник тока, ключ, соединительные провода, компас, детали для сборки электромагнита.
Повторите по учебнику п. 58.
Составьте электрическую цепь из источника тока, катушки, реостата и выключателя, соединив все последовательно. Замкните цепь и с помощью компаса определите полюсы у катушки. Отодвиньте компас вдоль оси катушки на такое расстояние, на котором действие магнитного поля катушки на стрелку будет едва заметно. Вставьте железный сердечник в катушку. Изменилось ли действие электромагнита на стрелку? Как? Сделайте вывод. ______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ Изменяйте с помощью реостата силу тока в цепи и наблюдайте действие электромагнита на стрелку. Сделайте вывод. ____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ Сравните магнитное действие одной катушки и двух катушек, соединенных последовательно. Сделайте вывод. ____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
Контрольные вопросы:
Назовите три способа усиления магнитного поля катушки.
_____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
Как построить сильный электромагнит, если конструктору дано условие, чтобы сила тока в электромагните была наибольшей? ____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ Нужно построить электромагнит, подъемную силу которого можно менять, не меняя его конструкции. Как это сделать? ____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
Оценка _________________________
_________________________________
Лабораторная работа № 9
Учени___ 8-го класса
________________________________________________________
Тема: «Изучение электрического двигателя постоянного тока (на модели)»
Цель работы: ознакомиться с основными деталями электрического двигателя постоянного тока.
Оборудование: источник тока, ключ, соединительные провода, модель электродвигателя постоянного тока.
Контрольные вопросы:
Какое физическое явление положено в основу устройства электродвигателя?
________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ Назовите основные части электродвигателя ________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ С помощью каких деталей осуществляется подвод тока от источника к подвижной рамке? ________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ Почему через каждые пол-оборота ток в рамке изменяет направление на противоположное? ____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ Зачем нужно изменять направление тока в рамке? ________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
Примечание : Подвижная часть электродвигателя называется якорем. Электромагнит, создающий магнитное поле, называется индуктором.
Порядок выполнения работы
Соберите электродвигатель. Подключите к нему источник тока и приведите электродвигатель во вращение. Если двигатель не работает, найдите причины
Решение задачи:мы знаем, что внутреннюю энергию тела можно изменить не только за счет работы, но и за счет нагревания тела. при этом процесс передачи энергии от одного тела к другому без совершения работы называют теплообменом. изменение внутренней энергии при теплообмене называют полученной или
отданной теплотой. мы знаем также, что количество теплоты, необходимое для нагревания тела (или выделяемое им при охлаждении), зависит от рода вещества, из которого оно состоит, от массы этого тела и от изменения его температуры:
измерить количество переданной теплоты можно в калориметрах. это устройство мы будем использовать в этой работе.
калориметр состоит из двух сосудов: внутреннего и внешнего. внешний сосуд должен предохранять внутренний от потери тепла за счет теплообмена с окружающей средой. сверху оба сосуда закрываются крышкой с установленным на ней термометром.
если в калориметр налить воды массой m 1 при температуре а затем еще добавить воды массой m 2 при температуре t 2 , то в сосуде начнется теплообмен, а спустя некоторое время установится состояние теплового равновесия. при этом обе части воды будут иметь одну и ту же температуру t, и количество теплоты, отданное горячей водой, равно количеству теплоты, полученной холодной водой. последнее утверждение составляет смысл уравнения теплового баланса:
пример выполнения работы:
вычисления:
количество теплоты, отданное горячей водой:
На практике часто пользуются тепловыми расчётами. Например, при строительстве зданий необходимо учитывать, какое количество теплоты должна отдавать зданию вся система отопления. Следует также знать, какое количество теплоты будет уходить в окружающее пространство через окна, стены, двери. Покажем на примерах, как нужно вести простейшие расчёты.
Итак, необходимо узнать, какое количество теплоты получила при нагревании медная деталь. Её масса 2 кг, а температура увеличивалась от 20°С до 280°С. Вначале по таблице определим удельную теплоёмкость меди см = 400 Дж/кг* °С"
Это означает, что на нагревание детали из меди массой 1 кг на 1°С потребуется 400 Дж. Для нагревания медной детали массой 2 кг на 1°С необходимо в 2 раза большее количество теплоты — 800 Дж. Температуру медной детали необходимо увеличить не на 1°С, а на 260°С, значит, потребуется в 260 раз большее количество теплоты, т. е. 800 Дж. 260 = 208 000 Дж.
Определить, какое количество теплоты необходимо сообщить куску свинца массой 2 кг для его нагревания на 10 °С.
По таблице находим для свинца: 
(Ответ: Q = 2800 Дж.)
Какое количество теплоты отдает 5 л воды при охлаждении с 50 °С до 10 °С?
Так как плотность воды ρ = 1000 кг/м3, то масса воды равна:
(Ответ: Q = -840 кДж.)
Знак «-» в ответе указывает на то, что вода отдает тепло.
Домашняя работа.
Задание 1. Ответь на вопросы.
1.Что нужно знать, чтобы вычислить количество теплоты, полученное телом при нагревании?
2. Объясните на примере, как рассчитывают количество теплоты, сообщённое телу при его нагревании или выделяющееся при его охлаждении.
3. Напишите формулу для расчёта количества теплоты.
4. Какой вывод можно сделать из опыта по смешиванию холодной и горячей воды? Почему на практике эти энергии не равны?
Задание 2. Реши задачи.
Лабораторные работы → номер 1
Сравнение количеств теплоты при смешивании воды разной температуры.
Цель работы: Определить количество теплоты, отданное горячей водой и полученное холодной при теплообмене. Объяснить полученный результат.
Из учебника мы знаем, что при теплопередаче происходит переход энергии от одних тел к другим путем теплопроводности, излучения или конвекции. Энергия, которую получает или отдает тело при теплопередаче, называется количеством теплоты. Мы знаем также, что количество теплоты, необходимое для нагревания тела (или выделяемое им при остывании), зависит от рода вещества, из которого оно состоит, от массы этого тела и от изменения его температуры.
Итак, понятно, что в процессе теплопередачи между двумя телами их температуры стремятся уравняться. Тело с более высокой температурой отдает некоторое количество теплоты, а тело с более низкой температурой получает это количество теплоты. Причем в идеальных условиях, когда два этих тела абсолютно изолированы от всего на свете, переданное количество теплоты должно быть равно полученному согласно закону сохранения энергии.
Однако, условия проводимого нами эксперимента безусловно далеки от идеальных. От горячей воды тепло передается не только холодной воде, но и калориметру, термометру, окружающему воздуху. Тем не менее, хотя мы и не получим входе эксперимента полного соответствия отданного количества теплоты полученному, эти показатели, если эксперимент выполнен аккуратно, должны быть близки. Ход работы описан в учебнике.
Пример выполнения работы.
Вычисления:
Количество теплоты, отданное горячей водой — 12600Дж.
Количество теплоты, полученное холодной водой — 10920Дж.
Вывод: Количество теплоты, полученное холодной водой близко к количеству теплоты, отданному горячей водой, что, с учетом далеких от идеальных условий эксперимента, можно считать равенством.
Контрольные вопросы:
1) Как определялась в эксперименте масса воды?
Через плотность по формуле m=pV, т. е. косвенно, без использования весов. Так как плотность воды 1 г/см3, то масса 100 мл = 100 см3 будет 100г = 0,1 кг
2) Почему калориметр имеет двойные стенки?
Чтобы меньше терялась теплота в окружающую среду
3) Почему холодную воду надо брать комнатной температуры?
Чтобы её температура не изменялась из-за влияния воздуха в кабинете, т. к. она же не в калориметре
4) Будут ли равными изменения температуры и количество отданной и принятой теплоты, если использовать неравные массы теплой и холодной воды?
Изменения температуры не будут одинаковыми, а количество отданной и принятой теплоты будут равны
Суперзадание: объясните, как влияет на полученные результаты участие в теплообмене калориметра. Всегда ли можно этим влиянием пренебречь?
Ответ: Уравнение теплового баланса строго выполняется только в том случае, если система теплоизолирована. Хотя калориметр снижает потери энергии, связанные с теплопередачей в окружающую среду, тем не менее они остаются. Кроме того, есть потери за счёт теплообмена между водой и калориметром. Поэтому количество теплоты, одданное теплой водой, будет всегда больше, чем количество теплоты, полученное холодной водой. Если тёплую воду вливать в холодную, то различие между Qотд и Qпол будет больше, чем в случае, когда холодную воду добавляют в тёплую. Это обусловлено тем, что в первом случае потери энергии в окружающую среду будут частично скомпенсированы за счёт количества теплоты, которое холодной воде передают калориметр и термометр.
Таким образом, как это ни кажется странным, проверяемое положение о равенстве отданного и принятого количества теплоты выполнения работы будет подтверждено точнее, если в калориметр наливать сначала холодную воду, а затем доливать горячую (как и указано в работе).