A gyakorlat célkitűzései: Celsius hőmérsékleti skála megismerése, hőmérők működési elve folyadékok hőtágulása, termikus kölcsönhatás vizsgálata. Eszközszükséglet: Lombik, átfúrt gumidugó, hajszálcső, festett víz, filctoll 250 ml-es főzőpohár, borszeszégő, vasháromláb, kerámiabetétes drótháló, hőmérő, stopper 250 és 100 ml-es főzőpoharak, két hőmérő, stopper, meleg és hidegvíz A mérés elméleti háttere Arról, hogy a testek mennyire melegek vagy hidegek a hőmérséklet ad információt. Ennek számszerű értékét pedig hőmérővel mérhetjük meg. Mi a hétköznapi életben a Celsius skálát használjuk. Ezt Anders Celsius (1701-1744) svéd természettudós 1742-ben mutatta be a Svéd Akadémián tartott előadásán. A hőmérséklet mérésére a folyadékok hőtágulásának jelenségét használta fel. 1. Víz hőtágulása Töltsd színültig a lombikot az ételfestékkel megszínezett vízzel! Ezután a lezáró dugóval a benne lévő hajszálcsővel együtt - dugd be a lombik száját! Ekkor a hajszálcsőben a folyadék szintje jól megfigyelhető lesz. Jelöld be a folyadék szintjét egy filctollal, majd vedd a kezedbe a lombikot és a tenyereddel melegítsd azt! Mi történik?.. Mi okozhatta ezt a változást?.... 1. ábra Víz hőtágulása
Anders Celsius ezt a jelenséget használta fel skálájának megalkotásához. Két alappontot választott, a víz fagyás- és forráspontját. Ebben a két esetben bejelölte a folyadék szinteket, az első lett a 0 pont, a második pedig a 100. Így lett 0 a víz fagyáspontja, 100 a víz forráspontja. A két beosztás közötti részt 100 egyenlő egységre osztotta fel, majd az így kapott egységekkel mindkét irányban folytatta a skála felvételét. A másik, leginkább az Amerikai Egyesült Államokban használt hőmérsékleti skála a Fahrenheit-skála. Daniel Gabriel Fahrenheit két alappontja: Gdansk-ban mért leghidegebb hőmérséklet (ezt 1708-ban mérték: -17,8 ) és a saját testhőmérséklete. 2. Hőmérséklet mérése Tölts a 250 ml-es főzőpohárba csapvizet! Mérd meg a hőmérsékletét, majd kezd el melegíteni a borszeszégő segítségével! A melegítés kezdetekor indítsd el a stoppert! Fél percenként olvasd le a víz hőmérsékletét! A mérési eredményeidet foglald az 1. táblázatba! 2. ábra Víz melegítése Idő (min) 0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5 5,5 Hőmérséklet ( ) 1. táblázat
A mérési adataidat ábrázold hőmérséklet-idő grafikonon! 1. grafikon 3. Termikus kölcsönhatásvizsgálata Tölts 75 ml meleg vizet a kisebb főzőpohárba és mérd meg a hőmérsékletét! A nagyobb pohárba tölts kb. 150 ml hideg vizet és ennek is mérd meg a hőmérsékletét a másik hőmérővel! Az adataidat rögzítsd a 2. táblázatba! Ezután a kisebb poharat helyezd bele a nagyobb pohárba! Ekkor indítsd el a stoppert és fél percenként mérd meg a hőmérsékletet! A hőmérők segítségével időnként kavargasd meg a vizet a poharakban! Addig végezd a mérést, míg a két hőmérséklet ki nem egyenlítődik!
Idő (min) 0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5 5,5 6 Hideg víz Meleg víz Idő (min) 6,5 7 7,5 8 8,5 9 Hideg víz Meleg víz 2. táblázat A mérési adataidat ábrázold hőmérséklet-idő grafikonon! A hideg vízhez tartozó adatokat kékkel, a meleg víz adatait pirossal jelöld a grafikonon (2. grafikon)! 2. grafikon
Meddig tartott a termikus kölcsönhatás?......... Az ismeretek ellenőrzése: 1. Mi az általunk használt hőmérsékleti skála két alappontja? 2. Mit nevezünk termikus kölcsönhatásnak? 3. Miért növekszik a víz térfogata, ha melegítjük? 4. Meddig tart a termikus kölcsönhatás? 5. Hogyan változik a testek energiája termikus kölcsönhatás közben? Felhasznált szakirodalom: Fizika 7, A természetről tizenéveseknek, Mozaik kiadó Szeged, 2012