W 1.1 Hőmérő modell. RAPAS kft Budapest, Üllői út 315. Tel.: Fax: rapas@axelero.hu

Átírás

1 W 1.1 Hőmérő modell 2 műanyagsapka állványrúdhoz 2 multicsúszka 1 készlet állványgyűrű (nagy, kicsi) 1 Erlenmeyer-dugattyú, 100 ml, szűknyakú 1 gumidugó 18/25, 1-furatos 1 műanyagcső 200x8 mm 1 zsírkréta stift 1 színezőpor, piros Valamely test vagy folyadék hőmérsékletének megméréséhez szükségünk van hőmérőre, mint kijelző műszerre. A hőmérő fő alkotóeleme egy szűk üvegcső, mely higannyal, vagy más folyadékkal (pl. megfestett alkohollal) van feltöltve. A kísérletben egy egyszerű hőmérőmodellt építünk, és kijelző folyadékként vizet használunk. a rögzítő csavar segítségével rögzítjük. Az állványrúd mindkét végére felhelyezzük a műanyag sapkákat. Az 50 cm-es állványrudat függőleges helyzetben beerősítjük az állványsínbe. A nagyobbik állványgyűrűt a multicsúszka segítségével az 50 cm-es állványrúdra rögzítjük. Ez tartja majd a hővédő hálót. Az Erlenmeyer-dugattyút feltöltjük színezőporral színezett zel. A furatos gumidugóba műanyagcsövet helyezünk. A műanyagcső könnyebb bedugása érdekében azt egy kicsit meg kell nedvesíteni a külső felületén. A műanyagcsőnek a gumidugó alsó felével kell egybe esnie. Ezután elzárjuk az Erlenmeyer-dugattyút a műanyagcsöves gumidugóval és ügyelünk arra, hogy ne kerüljön levegő az Erlenmeyer-dugattyúba. A megfestett felemelkedik a műanyag csőben. Zsírkrétával megjelöljük a szintjét a műanyag csőben. Hőmérő modellünket a hővédő hálóra helyezzük. Az Erlenmeyer-dugattyú nyakára biztosításként felhelyezzük a kicsi gyűrűt. Ezután a t a hővédő háló ill. az Erlenmeyer-dugattyú alá helyezzük, majd meggyújtjuk az égőt (kis lángot állítsunk be). Egy ideig melegítjük a vizet. Öt (5) perc eltelte után megjelöljük az új szintet a műanyagcsőben a zsírkrétával. Elzárjuk az égőt és megfigyeljük a oszlopot a csőben. Következtetés A folyadékok a felmelegítés során kiterjednek, majd a lehűlés után újra összehúzódnak. A mindenkori hő-állapot, ill. a hőmérséklet egy hőmérő segítségével mérhető. Megjegyzés: A 0 C és 4 C között másképpen viselkedik (a rendellenessége).

2 W 1.2 Hőmérőskála hitelesítése 2 műanyagsapka állványrúdhoz 1 állványrúd 10 cm 3 multicsúszka 1 karmantyú 1 készlet állványgyűrű (nagy és közepes) 1 Becher-üveg 250 ml, magas 1 kontakthőmérő, skála nélkül 1 hőmérő, C méréshatárral 1 zsírkréta edény jégdarabokkal kendő A kísérlettel azt szeretnénk kideríteni, hogy hogyan kell a hőmérő skáláját előállítani. a rögzítő csavar segítségével rögzítjük. Az állványrúd mindkét végére felhelyezzük a műanyag sapkákat. Az 50 cm-es állványrudat függőlegesen beerősítjük az állványsínbe. Az 50 cm-es állványrúdra a multicsúszka segítségével felerősítjük a nagy állványgyűrűt. Ez tartja majd a hővédő hálót. 1. A fagyáspont meghatározása: A Becherüveget kb. a feléig feltöltjük zel és jégkockákkal majd a hővédő hálóra helyezzük. A skála nélküli hőmérőt úgy helyezzük el a Becherüvegben, hogy folyadékgömbje teljesen körül legyen véve jégdarabokkal és zel. Megkeverjük a jeges vizet és megfigyeljük a folyadékoszlopot a hőmérő modellen. Amint a folyadékoszlop magassága többé nem változik, megjelöljük a szintet zsírkrétával. Ellenőrizzük a hőmérsékletet a skálával ellátott hőmérővel. 2. A forráspont meghatározása: A Becher-üveget kb. a feléig feltöltjük zel és újra bemerítjük a hőmérő modellt. A Becherüveget a hővédő hálóra helyezzük, és biztosításként felhelyezzük rá a közepes gyűrűt. Meggyújtjuk a t és a hővédő háló ill. a Becher-üveg alá toljuk. Amikor a forr, és a hőmérőmodell oszlopszintje már nem változik, megjelöljük a szintet zsírkrétával. Ezután elzárjuk az égőt. 3. A hőmérőskála megrajzolása: Kivesszük a hőmérőmodellt a Becher-üvegből, megmérjük a távolságot a két jelölés között. Ezt a távolságot l0 egyenlő részre osztjuk. A fagypontot 0 C-nak, a forráspontot 100 C-nak jelöljük. Ezzel a hőmérővel szobahőmérséklet mérhető. Következtetés: a fagypontja és forráspontja közötti távolság századrésze 1 C.

3 W 1.3 A bimetall 2 műanyagsapka állványrúdhoz 1 multicsúszka 1 bimetall csík Ha két egymástól eltérő hőtágulással rendelkező fémszalagot szorosan összekötve hőhatásnak teszünk ki, a szalagok meggörbülnek. Megismerkedünk ezzel a "bimetall" szalaggal. a rögzítő csavarral rögzítjük. Az állványrúd mindkét végére felerősítjük a műanyag sapkákat. Az 50 cm-es állványrudat függőlegesen beerősítjük az állványsínbe. A bimetall-csíkot a multicsúszka segítségével úgy erősítjük fel, hogy a t alá tudjuk helyezni. A távolság az égőtől kb. l0 cm legyen. A bimetall-csíkot lassan melegítjük alulról az égővel és megfigyeljük, hogy hogyan viselkedik. Ezután eltávolítjuk az égőt, és a figyeljük a bimetall viselkedését. Miután a bimetall-csík lehűlt, megfordítva szorítjuk be. A bimetall szalag azon oldala, mely korábban az égő felé nézett, most a másik oldalon lesz. Ezután megismételjük a kísérletet és megfigyeljük a bimetall-csík viselkedését. Következtetés A felmelegítés során a bimetall-csík meghajlik, mivel a mintás oldal jobban tágul, mint a sima.

4 W 1.4 Szilárd testek hőtágulása 2 állványsín 30 cm 1 sínösszekötő 1 állványsín 10 cm 1 állványsín 50 cm 1 csúszka rögzítő csavarral 1 csúszka mutatóhoz és skálához 3 multicsúszka 1 készlet állványgyűrű (nagy és közepes) 1 Becher-üveg 250 ml, magas nyakú 1 Erlenmeyer-dugattyú 100 ml, szűknyakú 1 gumidugó 18/25, 1 furattal 1 hőre táguló cső, alumínium 1 hőre táguló cső, vas 1 feltűzhető mutató 1 csap hőtáguláshoz gyújtó kendő A kísérlet során megmérjük az alumínium és a vas csekély mértékű hőtágulását és meghatározzuk a hőtágulási-együtthatót. A hőtágulási-együttható megadja az 1 m hosszú rúd hosszváltozását 1 C hőmérsékletváltozás hatására. Felépítés az ábra szerint. A két állványsínt a sínösszekötő segítségével összekötjük. Baloldalon beerősítjük az 50 cm-es állványrudat a szorítócsavar segítségével. A multicsúszkák segítségével erre a rúdra erősítjük fel a két állványgyűrűt a hővédő háló és az Erlenmeyer-dugattyú számára. Az állványrúd mellett a sínre helyezzük a csúszkát a szorítócsavarral. Ebbe a csúszkába erősítjük bele a csapot. Ez a csap képezi a baloldali felerősítést az alumíniumcső számára. A jobboldali végre a réselt csúszkát erősítjük fel. A mutatót a réselt csúszka résébe tőzzük. A mutató lefelé mutasson. A skálát úgy kell elhelyezni az asztalon, hogy a mutató a középen lévő osztásvonalra mutasson. Az alumíniumcső egyik végén furat található. A cső másik végét áttoljuk a szorítócsapon, de még nem rögzítjük. A cső másik végén a furatba bedugjuk a mutató kihegyezett végét. Ezután rögzíthetjük az alumíniumcsövet a szorítócsavarral. A 10 cm-es állványrudat a sín jobboldalán rögzítjük a szorítócsavar segítségével. Erre erősítjük fel a közepes állványgyűrűt a multicsúszka segítségével. Ez a gyűrű tartja a Becher-üveget. Az alumíniumcső jobb oldalán felhúzzuk a rövidebb PVC tömlőt, melynek vége a Becher-üvegbe lóg. Az Erlenmeyer-dugattyúba kb. 50 ml vizet töltünk. A gumidugóba behelyezzük az üvegcsövecskét, majd ezzel lezárjuk az Erlenmeyer-dugattyút. Az üvegcsövecskét PVC tömlő segítségével kötjük össze az alumíniumcső bal oldalával. 1. Az Erlenmeyer-dugattyúban lévő vizet forrásig melegítjük. Az alumíniumcsövön át forró gőz fog áramlani és felmelegíti a csövet. A mutató láthatóvá teszi a cső hőmérséklet-okozta tágulását. Ha a mutató már nem mozog többé, a tágulás leolvasható a skálán. Kijelzett tágulás:... mm Mivel a mutató 40-szeres hosszváltozást mutat, elosztjuk a kijelzett hosszváltozást 40-el. Valóságos tágulás:... mm

5 Az alumíniumcső hossza a két tartópont között 50 cm. A hosszváltozást tehát meg kell szorozni még 2-vel, hogy megkapjuk az 1 m hosszú rúd hőtágulását. Az 1 m hosszú cső tágulása:... mm Az 1 C hőmérséklet-változáshoz tartozó tágulás meghatározásához az eredményt el kell osztanunk a szobahőmérsékletről a forrpontra való felmelegítés hőfokkülönbségével, azaz 75-el ill. 80-al. A fajlagos hosszirányú kiterjedés tehát alumíniumra:... mm/m, C 2. Megismételjük a kísérletet a vascsővel, és hasonló módon elvégezzük a kiértékelést. Gondoljuk át, hogy milyen hibák merülhetnének itt fel. Következtetés Az alumínium fajlagos hőtágulása duplája a vasénak és nagyságrendje a századmilliméter tartományba esik.

6 W 1.5 Folyadékok térfogatváltozása 2 műanyagsapka állványrúdhoz 1 állványrúd 10 cm 3 multicsúszka 1 karmantyú 1 készlet állványgyűrű (nagy, közepes) 1 Becher-üveg 250 ml, magas nyakú 2 műanyagcső 200x8 mm 2 gumidugó 20/14/18, 1 furattal 2 reagens-üveg (kémcső) 160/16 1 hőmérő, C 1 zsírkréta kendő Vajon minden folyadék egyforma mértékben tágul-e melegítés hatására? rögzítő csavarral rögzítjük. Az állványrúd mindkét végére felhelyezzük a műanyag sapkákat. Az 50 cm-es állványrudat függőlegesen erősítjük be az állványsínbe. A nagy állványgyűrűt a multicsúszka segítségével felerősítjük az 50 cm-es állványrúdra. Ez tartja a hővédő hálót. Két különböző folyadékot vizsgálunk meg: a vizet és a petróleumot. Az egyik kémcsövet zel töltjük tele, a másikat petróleummal. A két gumidugóba beszereljük a műanyag csöveket, majd a kémcsöveket lezárjuk a dugókkal. A folyadékok hatoljanak bele a műanyagcsövekbe, és szintjük mind a két csőben azonos magasságban álljon. Jelöljük meg a folyadékszinteket. Ezután mindkét kémcsövet, a műanyag csöveknél fogva beerősítjük a karmantyúba és bemerítjük őket a Becherüvegbe. A Becher-üveg a hővédő hálón áll és a közepes állványgyűrű tartja. Meggyújtjuk az égőt és felmelegítjük a vizet a Becher-üvegben. Eközben megfigyeljük a folyadékoszlopok viselkedését a műanyag csövekben. Egy bizonyos idő eltelte után a folyadékszintek már nem állnak egyenlő magasságban, mivel azok különböző mértékben tágulnak ki. Következtetés: a petróleum hőtágulása nagyobb, mint a é.

7 W 1.6 A levegő térfogatváltozása állandó nyomáson 2 műanyagsapka állványrúdhoz 2 multicsúszka 1 készlet állványgyűrű (nagy, kicsi) 1 Becher-üveg 250 ml, magas nyakú 1 Erlenmeyer-dugattyú 100 ml, szűknyakú 1 üvegcső 80x8 mm 1 gumidugó 18/25, 1 furattal 1 PVC tömlő 100 cm kendő Ha valamely gázt melegítünk, miközben a külső nyomás állandó marad, akkor a gáz kiterjed. ünk cél-ja ennek a térfogatváltozásnak a kimutatása. a rögzítő csavarral rögzítjük. Az állványrúd mindkét végére felhúzzuk a műanyag sapkákat. Az 50 cm-es állvány-rudat függőlegesen erősítjük be az állványsínbe. A nagy állványgyűrűt a multicsúszka segítségével erősítjük fel az 50 cm-es állványrúdra. Ez tartja a hővédő hálót. Ez után az üvegcsövecskét átdugjuk a gumidugó furatán úgy, hogy alsó élénél egy kicsit kiálljon. A gumidugót az üvegcsővel az Erlenmeyer-dugattyúba szorítjuk. Az Erlenmeyer-dugattyút ráhelyezzük a hővédő hálóra. Felülről ráhúzzuk a dugattyú nyakára a kis állványgyűrűt, melyet multicsúszka tart. A PVC tömlőt ráhúzzuk az üvegcsövecskére. A tömlő másik vége a Becher-üvegben lévő be merül bele. Az Erlenmeyer-dugattyúban lévő levegőt rövid ideig, kis lánggal melegítjük. Eközben megfigyeljük a PVC tömlő végét a ben. Néhány perc után (az Erlenmeyer-dugattyú ne legyen túl forró) eltávolítjuk az égőt, és tovább figyeljük a tömlő végét a ben. A felmelegítés során levegőbuborékokat látunk a Becher-üvegben felszállni. A lehűlés folyamán a levegő újra összehúzódik. Ezáltal kerül a Becher-üvegből a PVC tömlőbe. Következtetés A levegő a felmelegítés hatására sokkal jobban kiterjed, mint a folyadékok, vagy a szilárd anyagok. Lehűléskor pedig csökken a térfogata.

8 W 1.7 A levegő nyomásváltozása állandó térfogaton 2 állványrúd 25 cm 2 műanyagsapka állványrúdhoz 1 állványrúd 10 cm 3 multicsúszka 1 karmantyú 1 készlet állványgyűrű (nagy, kicsi) 1 Joule-kaloriméter 1 Erlenmeyer-dugattyú 100 ml, szűknyakú 1 üvegcső 80x8 mm 2 műanyagcső 200x8 mm 1 gumidugó 18/25, 1 furattal 1 PVC tömlő 25 cm 1 PVC tömlő 45 cm 1 hőmérő, C 1 színezőpor, piros 1 zsírkréta javasolt: 1 mérőszalag,, kendő Meghatározzuk az 1 C felmelegedés okozta nyomásnövekedést, miközben a gáz térfogata állandó marad. a rögzítő csavarral rögzítjük. Az állványrúd mindkét végére felhúzzuk a műanyag sapkákat. Az 50 cm-es állvány-rudat függőlegesen erősítjük be az állványsínbe. A nagy állványgyűrűt a multicsúszka segítségével erősítjük fel az 50 cm-es állványrúdra. Ez tartja a hővédő hálót. A két műanyagcsőből és a rövidebb PVC tömlőből manométert képezünk, és megfelelő magasságban a karmantyúba erősítjük azt. A manométerbe színezőporral megfestett vizet öntünk úgy, hogy ez a piros a PVC tömlőív szintje felett, de ahhoz közel álljon. A kaloriméter edényt a styropor-betét nélkül használjuk. Ezt úgy töltjük fel zel, hogy az Erlenmeyer-dugattyút egészen belemeríthessük. Az Erlenmeyer-ugattyú nyakára felhelyezzük a kis állványgyűrűt, nehogy felboruljon. Megmérjük a hőmérsékletét: T 1 =... C A gumidugóba beledugjuk az üvegcsövecskét. A be merülő Erlenmeyer-ugattyút szorosan lezárjuk a gumidugóval. Ezután a hosszabb PVC tömlővel (45 cm hosszú) összekötjük az Erlenmeyerdugattyút a manométerrel. A manométerben lévő szintet zsírkrétával megjelöljük. A kaloriméter edényt, (styropor betét nélkül) az égő segítségével felmelegítjük. A hőmérsékletet mintegy 4 C-al emeljük (az égőt max. 1 percig hagyjuk égni!). Mivel a hőátadás időt igényel, a hőmérséklet még az égő elzárása után is egy ideig emelkedik. Megkeverjük a vizet, majd újra megmérjük a hőmérsékletet: T 2 =... C A manométer nyomásemelkedést mutat. Ahhoz, hogy állandó térfogaton mérhessünk, emeljük a tömlővel lezárt manométercsövet addig, hogy újra előálljon az eredeti gáztérfogat (a manométerfo-

9 lyadék a zárt csőben érje el újra a kijelzett magasságot). Mérjük le a manométer két csövében lévő folyadékoszlopok szintkülönbségét. (Az asztalra támasztott mérőszalaggal mérhetünk.) A magasságkülönbség nagysága:... cm Ezután elosztjuk a magasságkülönbséget a hőmérséklet-növekedéssel és így egy magasságkülönbség/ C mennyiséget kapunk. Mivel 1 cm oszlop kb. 1 millibar (1 mbar) nyomásnak felel meg, a felmelegítés okozta nyomásemelkedést mbar-ban adhatjuk meg. Következtetés: A levegő felmelegedés okozta nyomásemelkedése néhány mbar/ C. Megjegyzés A nyomásemelkedés nagysága kb. 4 mbar/ C. Ha a kísérletben a mért érték ettől lényegesen eltér, egyebek közt ez azzal függ össze, hogy az Erlenmeyer-dugattyú belsejében a hőmérséklet nem nő olyan gyorsan, mint a hőmérséklete.

10 W 1.8 Hővezetés 1 állványrúd 30 cm 2 állványsín 25 cm 2 műanyagsapka állványrúdhoz 2 multicsúszka 1 cső a hőtáguláshoz, alumínium 1 cső a hőtáguláshoz, vas 1 viasz, papír a csövek tisztítására és alátétnek A különböző anyagok hővezetése más és más (pl. a papír és a fém). Két különböző fém is eltérő hővezető képességet mutat. a rögzítő csavarral rögzítjük. Az állványrúd mindkét végére felhúzzuk a műanyag sapkákat. Az 50 cm-es állványrudat függőlegesen erősítjük be az állványsínbe az egyik oldalon. A másik 25 cm-es állványrudat a másik oldalon erősítjük be. Elhelyezünk az asztalon egy ív papírt, nehogy az asztal elpiszkolódjon. Ezután a viaszból hat kis viaszgolyót formázunk (a viasz a kéz melegétől formálhatóvá válik). Mind a vas, mind az alumínium csőre 3-3 viaszgolyócskát tapasztunk. Az első golyócska kb. 5 cm-re legyen a cső végétől és a golyócskák kb. 3 cm-re legyenek egymástól. Ezután úgy erősítjük be a fémcsöveket a multicsúszkákba, hogy kb. a közepükön legyenek befogva és két végük éppen összeérjen. Ahol a két fémcső összeér, ott helyezzük el az égőt. Melegítsük a fémcsövek érintkezési pontját. Eközben figyeljük meg és jegyezzük fel, hogy milyen sorrendben potyognak le a viaszgolyócskák a fémcsövekről a melegítés hatására. A negyedik viaszgolyócska leesése után a "hővezetési versenynek" el kell dőlnie. Az alumíniumcsövön lévő golyócskák hamarabb hullnak le. Következtetés: Az alumínium jobb hővezető, mint a vas.

11 W 1.9 Hőáramlás 2 műanyagsapka állványrúdhoz 1 multicsúszka 1 hajlított tő 1 áramlási spirál 1 olló 1 nyomógomb, A ventillátoros hősugárzó igen gyorsan felmelegíti a levegőt a szobában, mert a levegő áramlik és így hőt szállít magával. Milyen irányban áramlik a meleg levegő? a rögzítő csavarral rögzítjük. Az állványrúd mindkét végére felhúzzuk a műanyag sapkákat. Az 50 cm-es állványrudat függőlegesen erősítjük be az állványsínbe. A függőleges állványrúdra, kb. 30 cm magasságban, felcsavarozzuk a multicsuszkát a beléje szorított hajlított tűvel együtt. Az áramlási spirálhoz először köralakban vágjuk ki a papírt, majd a spirálvonal mellett felvágjuk úgy, hogy egy papírspirált kapjunk. A spirált ezután felhelyezzük a tű hegyére (a spirál jobban ül, ha előzőleg középen beakasztottuk egy nyomógombba). Meggyújtjuk az égőt, és kis lángra állítjuk. Az égőt a hajlított tő alá helyezzük. Figyelem: A láng távol legyen a papírspiráltól, nehogy az meggyulladjon! A spirál forogni kezd. Következtetés A spirál forgása azt mutatja, hogy a hőforrás által felmelegített levegő felfelé mozog. A meleg levegő felemelkedik.

12 W 1.10 Hősugárzás 2 állványrúd 25 cm 1 állványrúd 10 cm 2 műanyag sapka állványrúdhoz 3 multicsúszka 2 tartócsap 1 hősugárzást felvevő test (2 db) 1 hőmérő C 1 kontakthőmérő, skála nélkül Amikor a napon melegít bennünket, a hőenergiát nem hővezetéssel és nem hőáramlással vesszük fel, hanem létezik még egy harmadik fajta hőterjedés is. a rögzítő csavarral rögzítjük. Az állványrúd mindkét végére felhúzzuk a műanyag sapkákat. A másik 25 cm-es állványrudat függőlegesen erősítjük be az állványsínbe. Ehhez az állványrúdhoz erősítjük hozzá a 10 cm-es állványrudat az egyik multicsúszka segítségével, rá merőleges irányban. A két hősugárzást felvevő testet belehelyezzük a tartócsapokba, majd ezeket a multicsúszkákba szorítjuk. Ezt a két multicsúszkát, egymáshoz lehetőleg közel, húzzuk fel a 10 cm-es állványrúdra. Mindkét testbe néhány csepp vizet juttatunk (a hővezetés javítására). Az egyik hősugárzást felvevő testbe bedugjuk a skálával ellátott hőmérőt, a másikba pedig a skála nélküli kontakthőmérőt, melyet a W 1.2 kísérletben hitelesítettünk. Mindkét kezdeti hőmérsékletet feljegyezzük. Meggyújtjuk az égőt. Kb. két perc eltelte után mindkét hőmérőn leolvassuk a hőmérsékletet. Hőmérséklet C Kezdeti hőmérséklet 2 perc múlva 4 perc múlva 6 perc múlva Világos test Sötétebb test A világos testben lévő hőmérő kisebb hőmérséklet-emelkedést mutat, mint a sötétebb testben lévő hőmérő. Következtetés A világos, fénylő felületek kevesebb hősugárzást nyelnek el, mint a sötét, matt felületek.

13 W 1.11 Hőszigetelés 2 műanyagsapka állványrúdhoz 2 multicsúszka 1 készlet állványgyűrű (nagy és közepes) 1 Becher-üveg 250 ml, magas alakú 1 hőmérő, C. 1 kontakthőmérő, skála nélkül 1 Joule-kaloriméter kendő Az energiatakarékosság egyben annyit is jelent, hogy nem engedjük elszökni a hőt a meleg szobából. A kísérlet egy jó és egy rossz példát mutat a hőszigetelésre. a rögzítő csavarral rögzítjük. Az állványrúd mindkét oldalára felhúzzuk a műanyag sapkákat. Az 50 cm-es állványrudat függőlegesen erősítjük be az állványsínbe. A nagy állványgyőrüt felerősítjük az állványrúdra. Ez tartja a hővédő hálót. A Becher-üveget ráhelyezzük a hővédő hálóra, és biztosítjuk az állványgyűrűvel. A Joule-kalorimétert fedél nélkül használjuk, az alumíniumpoharat kivesszük. 200 ml vizet kb. 80 C-ra melegítünk fel. Ezután elzárjuk az égőt. A Becher-üveget az állványgyűrűnél fogva óvatosan leemeljük a hővédő hálóról és 100 ml vizet beleöntünk a kaloriméter styropor betétjébe, 100 ml vizet pedig az alumínium pohárba. Az egyik edénybe belemártjuk a skálával ellátott hőmérőt, a másikba pedig a skála nélkülit, melyet a W 1.2 kísérletben hitelesítettünk. Feljegyezzük a kezdeti hőmérsékleteket. Ezután összehasonlítjuk a lehűlését az alumínium pohárban és a kaloriméterben. Ennek érdekében megmérjük a hőmérsékleteket a kezdetkor és kb. 2 perc eltelte után. A mért értékeket beírjuk a táblázatba. Hőmérséklet C Kezdeti hőmérséklet 2 perc múlva 4 perc múlva 6 perc múlva Alumínium pohár Kaloriméter Az alumíniumpohár a rossz hőszigetelésre, a kaloriméter a jó hőszigetelésre példa. Következtetés A jó hőszigetelésnél a hő csak lassan szökik el. A styropor (sztirol) hőszigetelésre alkalmas anyag.

14 W 2.1 Keveredési hőmérséklet 2 műanyag sapka állvány-rúdhoz 2 multicsúszka 1 készlet állványgyűrű (nagy, kicsi) 1 Becherüveg 250 ml, magas alakú 1 Erlenmeyer-dugattyú, 100 ml, szűknyakú 1 mérőhenger 100 ml, műanyag 1 hőmérő, C 1 Joule-kaloriméter kendő Milyen hőmérsékletű lesz a hideg és meleg keveréke? Először azonos mennyiségű hideg és meleg vizet keverünk össze. A második esetben a forró hez kétszeres mennyiségű hideg vizet keverünk. a rögzítő csavarral rögzítjük. Az állványrúd mindkét végére felhelyezzük a műanyag sapkákat. Az 50 cm-es állványrudat függőlegesen erősítjük be az állványsínbe. A nagy állványgyűrűt a multicsúszka segítségével erősítjük fel az 50 cm-es állványrúdra. Ez tartja a hővédő hálót. 1. A mérőhenger segítségével kimérünk 50 ml vizet és felmelegítjük azt az Erlenmeyer-dugattyúban. Előzőleg a kis gyűrűvel biztosítjuk felborulás ellen. Miközben a melegszik, 50 ml hideg vizet öntünk a kaloriméterbe. Az átlátszó kaloriméter-fedél nagy nyílását elzárjuk a műanyag sapkával. Megmérjük a hő-mérsékletét a kaloriméterben. Amint a hőmérséklete az Erlenmeyer-dugattyúban elérte a kb. 70 C-ot, elzárjuk az égőt. Megmérjük a hőmérsékletet. Ezután 50 ml forró vizet öntünk a kaloriméterben lévő hideg hez (az Erlenmeyer-dugattyút kendővel fogjuk meg). Lezárjuk a kalorimétert az átlátszó fedéllel, a gumidugón át bedugjuk a hőmérőt és megkeverjük a vizet a keverővel (fel és le mozgassuk!). Ezután leolvassuk a keverék hőmérsékletét. Hőmérséklet C hideg 50 ml forró 50 ml keverék 100 ml 2. Most 40 ml vizet melegítünk fel (mérőhengerben kimérni), az Erlenmeyer-dugattyúban kb. 70 C.-ra. Eközben 80 ml (mérőhengerben kimérni) hideg vizet töltünk a kaloriméterbe és megmérjük a hőmérsékletét.

15 Ha a hőmérséklete az Erlenmeyer-dugattyúban elérte a 70 C-ot, elzárjuk az égőt és megmérjük a felmelegített hőmérsékletét. Ezután a forró vizet a hideg hez töltjük a kaloriméterbe. Átkeverés után megmérjük a keverék hőmérsékletét. Hőmérséklet C hideg 80 ml forró 40 ml keverék 120 ml Következtetés Hideg és forró keverésénél csak azonos mennyiség esetén áll be keveredési hőmérsékletként a két hőmérséklet középértéke. Megjegyzés Két eltérő hőmérsékletű mennyiség keveredésére az alábbi összefüggés áll fenn: * T 1+m2* T = ( m 1+m m1 2 2 ahol m 1, m 2 : a két mennyiség tömege T 1, T 2 : kezdeti hőmérsékletek T : keveredési hőmérséklet Különböző anyagokra, melyek tömege m 1 és m 2, ill. fajhője c 1 és c 2 fennáll, hogy * c1* T 1+m2* c2* T )* T = ( m 1* c1+m2* c m1 2 2 )* T

16 W 2.2 A fajhője 1 mérőhenger 100 ml, műanyag 1 hőmérő, C 1 Joule-kaloriméter, (fűtőszállal) 2 mérőműszer 5 összekötő vezeték 1 tápegység javasolt: 1 stopperóra Ha például ki akarjuk számítani egy kádfürdő költségeit, tudnunk kell, hogy mennyi energia szükséges 1 kg 1 C-al való felmelegítéséhez. Felépítés az ábra szerint. 100 ml vizet töltünk a kaloriméterbe (mérőhengerrel kimérni). A fűtőspirált bedugjuk a kaloriméterbe, és 9 V feszültségre, csatlakoztatjuk. A tápegységet egyelőre kapcsoljuk ki. A 10 A méréshatárba kapcsolt árammérőt a fűtőspirállal sorba kötjük. A feszültséget a fűtőspirál csatlakozóinál feszültségmérővel mérjük. A kaloriméter fedelén át bedugjuk a hőmérőt. Megmérjük a hőmérsékletét a kaloriméterben és feljegyezzük a mért értéket. Bekapcsoljuk a tápegységet és feljegyezzük az időpontot (bekapcsoljuk a stoppert, vagy karóráról leolvassuk az időt). Megmérjük és feljegyezzük az áramerősséget és a feszültséget. Pontosan 200 másodpercig tartson a melegítés. Ezután kikapcsoljuk a tápegységet, megkeverjük a vizet a kaloriméterben (a keverőt föl-le mozgassuk) és leolvassuk a hőmérsékletét. Kiértékelés Elektromos energia = Feszültség * Áram* Idö (Joule)(Volt)(Amper)( sec ) A tömege Idő Áramerősség Feszültség Elektromos energia m = 0,1 kg t = 200 s I =... A U =... V W =... J Kezdőhőmérséklet: T 1 =... C W = U * I * t

17 Véghőmérséklet: T 2 =... C Hőmérséklet-emelkedés:... C Bevezetett energia:... Joule Most tehát ismerjük azt az energiát, mely 0,1 kg meghatározott hőmérséklet emelkedéséhez szükséges. Ebből könnyen kiszámítható az az energia, mely 0,1 kg 1 C-al való hőmérséklet emeléséhez szükséges. A szükséges energia:... J 1 kg 1 C-al való felmelegítéséhez tízszer ennyi energia, azaz... Joule szükséges. A tankönyvben megadott érték a fajhőre: 4186 J/kg C. Ennél a kísérletnél sok a hibaforrás. Gondoljuk meg, milyen irányú a hibák hatása. Következtetés A fajhője az a hőmennyiség, mely ahhoz szükséges, hogy 1 kg hőmérsékletét 1 C-al növeli meg.

18 W 2.3 Szilárd anyagok fajhője 2 műanyagsapka állvány-rúdhoz 2 multicsúszka 1 készlet állványgyűrű (nagy, közepes) 1 Becher-üveg 250 ml, magas alakú 1 mérőhenger 100 ml, műanyag 1 hőmérő, C 1 alumínium hasáb 1 vas hasáb, kicsi 1 Joule-kaloriméter 1 olló zsineg kendő Azonos tömegek, azonos mértékű lehűléskor vajon ugyanakkora hőmennyiséget adnak-e le? A kísérletben összehasonlítjuk a vas és az alumínium hőleadását. a rögzítő csavarral rögzítjük. Az állványrúd mindkét végére felhúzzuk a műanyag sapkákat. Az 50 cm-es állványrudat függőlegesen erősítjük be az állványsínbe. A nagy állványgyűrűt a multicsúszka segítségével az 50 cm-es állványrúdra erősítjük. Ez tartja a hővédő hálót, amelyen most a Becher-üveg áll. Mindkét hasábnak azonos a tömege. Mindkét hasábra (vas ill. alumínium) zsineget kötünk. A testeket belehelyezzük a Becher-üvegbe, és vizet töltünk rájuk (takarásig). A zsinegek lógjanak ki a Becher-üveg peremén, de vigyázat (!), a zsinegek ne kerüljenek túl közel a lánghoz! A vizet kb. 80 C-ig melegítjük fel, ezután elzárjuk az égőt. A hőmérő segítségével megkeverjük a vizet, majd megmérjük a hőmérsékletet. A kaloriméterbe 100 ml hideg vizet töltünk (mérőhengerrel kimérni) és megmérjük a hőmérsékletét. Az alumínium hasábot a Becher-üvegből a kaloriméterbe helyezzük. 40 másodperc eltelte után eltávolítjuk az alumínium hasábot. A vizet a keverő segítségével (föl-le mozgatva) megkeverjük és megmérjük a hőmérsékletét. A vashasábot belehelyezzük a kaloriméterbe. 40 másodperc eltelte után újra eltávolítjuk a behelyezett testet, megkeverjük a vizet és megállapítjuk a test okozta hőmérsékletemelkedést. Eredmény A hideg hőmérséklete: Az alumíniumhasáb okozta hőmérséklet-emelkedés:... C... C A vashasáb okozta hőmérséklet-emelkedés:... C Mivel a vashasáb okozta hőmérsékletemelkedés kétszer nagyobb, így kétszerannyi hőt tudott felvenni, majd ismét leadni. A hőmennyiség, melyet valamely test felvehet, a test fajhőjétől függ. Következtetés: Az alumínium fajhője majdnem kétszer akkora, mint a vasé.

19 W Szilárd anyagok fajhőjének számítása 2 műanyag sapka állványrúdhoz 2 multicsúszka 1 készlet állványgyűrű (nagy, közepes) 1 Becher-üveg 250 ml, magas 1 mérőhenger 100 ml, műanyag 1 hőmérő, C 1 alumínium hasáb 1 vashasáb 1 Joule-kaloriméter 1 olló zsineg szükséges még: 1 mérleg A kísérlet segítségével kiszámítjuk a vas és az alumínium fajhőjét. rögzítő csavarral rögzítjük. Az állványrúd mindkét végére felhelyezzük a műanyag sapkákat. Az 50 cm-es állványrudat függőlegesen erősítjük be az állványsínbe. A nagy állványgyűrűt a multicsúszka segítségével erősítjük fel az 50 cm-es állványrúdra. Ez tartja a hővédő hálót, melyen most a Becher-üveg áll. Mindkét hasáb azonos tömegű. Mindkét hasábra (vas ill. alumínium) zsineget erősítünk. A testeket belehelyezzük a Becher-üvegbe, és takarásig töltjük fel zel. A zsinegek vége lógjon túl a Becherüveg peremén, de vigyázat (!), a zsinegvégek ne kerüljenek túl közel a lánghoz! A vizet kb. 80 C-ig melegítjük fel. Ezután elzárjuk az égőt. A hőmérő segítségével átkeverjük a vizet, majd megmérjük hőmérsékletét. A kaloriméterbe 100 ml hideg vizet töltünk (mérőhengerben kimérni) és megmérjük a hideg hőmérsékletét. A vashasábot a Becher-üvegből a kaloriméterbe helyezzük. A vashasábot 2 perc eltelte után eltávolítjuk. A vizet a keverő segítségével megkeverjük (föl-le mozgatni) és megmérjük hőmérsékletét. Eredmény A hideg hőmérséklete, T 1 :... C A hideg tömege: 0,1 kg A meleg vashasáb hőmérséklete, T 2 :... C A meleg test tömege:... kg Keveredési hőmérséklet:... C A különböző anyagokra, és ezzel különböző fajhőkre vonatkozó keveredési hőmérséklet egyenletéből megkapjuk a vas hez viszonyított fajhőjét. (A fajhője = 1).

20 0.1*(T - T 1 ) c = m* (T 2 - T) c =... A fajhője: 4.8 kj/kg C A vas fajhője:... A kísérletet megismételjük az alumíniumhasábbal és meghatározzuk az alumínium fajhőjét is. 0.1*(T - T 1 ) c = m* (T 2 - T) A fajhője: 4.8 kj/kg C Az alumínium fajhője:... c =... Következtetés A vas fajhője kb. egy-kilenced része a fajhőjének, az alumínium fajhője majdnem kétszerese a vas fajhőjének.

21 W 2.4 Olvadási hőmérséklet 2 műanyag sapka állvány-rúdhoz 2 multicsúszka 1 készlet állványgyűrű (nagy, kicsi) 1 Becher-üveg 250 ml, magas 1 kémcső 160/16 1 hőmérő, C 1 tartó erőmérőhöz 1 nátrium-tioszulfát (fixáló) 200 g A kísérlettel meghatározzuk valamely szilárd anyag olvadási hőmérsékletét. rögzítő csavarral rögzítjük. Az állványrúd mindkét végére felhelyezzük a műanyag sapkákat. Az 50 cm-es állványrudat függőlegesen erősítjük be az állványsínbe. A nagy állványgyűrűt a multicsúszka segítségével erősítjük fel az 50 cm-es állványrúdra. Ez tartja a hővédő hálót. A kémcsövet egyharmad részig nátrium-tioszulfáttal töltjük meg. A Becher-üveget a feléig feltöltjük zel és beleállítjuk a kémcsövet, mely be van szorítva az erőmérő tartójába. Az erőmérő tartóját a karmantyú tartja, mely rá van húzva az 50 cm-es állványrúdra. A hőmérőt belehelyezzük a kémcsőbe. A Becher-üveg a hővédő hálón áll és az állványgyűrű rögzíti. A hővédő háló alatt van az égő. Melegítjük a vizet az égővel és figyeljük a hőmérsékletet a kémcsőben. Amikor a hőmérő kb. 40 C-t mutat, a nátrium-tioszulfát az üveg szélén, ahol a hőmérséklet kicsit magasabb, elkezd olvadni. A hőmérséklet nem emelkedik tovább 48 C-nál. Ez a nátrium-tioszulfát olvadáspontja. A bevezetett hőmennyiség a megolvasztáshoz volt szükséges. A hőmérséklet csak akkor fog újból tovább emelkedni, amikor már a teljes nátrium-tioszulfát mennyiség megolvadt. Következtetés Az olvadáspont elérése után a szilárd test megolvad. A továbbiakban bevezetett hőmennyiség a folyékonnyá váláshoz szükséges, ami úgy történik, hogy az olvadási folyamat befejeződéséig a hőmérséklet állandó marad.