Transcript Q 1 - Gymnázium Tanvald

ŠKOLA:
Gymnázium, Tanvald, Školní 305, příspěvková
organizace
ČÍSLO PROJEKTU: CZ.1.07/1.5.00/34.0434
NÁZEV PROJEKTU: Šablony – Gymnázium Tanvald
ČÍSLO ŠABLONY:
III/2 Inovace a zkvalitnění výuky prostřednictvím
ICT
AUTOR:
Mgr. Iva Herrmannová
TEMATICKÁ OBLAST:Molekulová fyzika a termika
NÁZEV DUMu:
Kalorimetr a kalorimetrická rovnice
POŘADOVÉ ČÍSLO DUMu:10
KÓD DUMu:
IH_MOL_FYZ_10
DATUM TVORBY:
11.11.2012
ANOTACE (ROČNÍK):Prezentace určená pro 2. ročník a sextu gymnázia. V úvodu opakuje
výchozí pojmy pro nové učivo. Pomocí jednoduché animace a barevného odlišení vytváří
žákům lepší představu pro děj tepelná výměna. Na ilustračním příkladě je řešena klasická
úloha tepelné výměny ve směšovacím kalorimetru. Následuje další příklad k samostatnému
řešení, je možno ho využít jako hodnocenou samostatnou práci na závěr vyučovací hodiny.
METODICKÝ POKYN: Do vyučovací hodiny doporučuji fyzicky přinést kalorimetr, případně
souběžně s řešením ilustračního příkladu provádět jednotlivé kroky v reálné situaci. Žáci ještě
lépe získají přehled o teplech, která se vykytují v kalorimetrické rovnici.
KALORIMETR A
KALORIMETRICKÁ ROVNICE
OBSAH
• Opakování – teplo, měrná tepelná
kapacita
• Kalorimetr
• Kalorimetrická rovnice
• Ilustrační příklad
• Příklady k procvičení
Opakování – teplo, měrná tepelná
kapacita
• Teplo = množství vnitřní energie, které při
tepelné výměně odevzdá teplejší těleso
studenějšímu (případně přijme chladnější
od teplejšího)
• Velikost tepla závisí na
– měrné teplené kapacitě tělesa
c
– hmotnosti tělesa
m
– změně teploty tělesa během tepelné výměny (t – t0)
• Q = m . c . (t – t0)
Opakování – teplo, měrná tepelná
kapacita
• Máme dvě soustavy č.1 a č. 2 mezi nimiž
dochází k tepelné výměně.
m1
m2
c1
c2
t1
t2
Opakování – teplo, měrná tepelná
kapacita
• Máme dvě soustavy č.1 a č. 2 mezi nimiž
dochází k tepelné výměně.
m1
m2
c1
c2
t1
t2
hodnoty stavových veličin soustav 1 a 2
na začátku tepelné výměny
t1 > t2
Opakování – teplo, měrná tepelná
kapacita
• Mezi soustavami 1 a 2 probíhá tepelná
výměna,
m1
m2
c1
c2
t1
t2
t1 > t2
Opakování – teplo, měrná tepelná
kapacita
• Mezi soustavami 1 a 2 probíhá tepelná
výměna,
m1
m2
c1
c2
t1 KLESÁ
t2 ROSTE
t1 > t2
Opakování – teplo, měrná tepelná
kapacita
• Mezi soustavami 1 a 2 probíhá tepelná
výměna, dokud se teploty nevyrovnají (t)
m1
m2
c1
c2
t
t
t1 > t > t2
Opakování – teplo, měrná tepelná
kapacita
• soustava č.1 odevzdává teplo Q1 soustavě
č. 2, která přijímá teplo Q2
m1
m2
c1
c2
t1
t
Q1 = m1 . c1 . (t – t1)
t2
t
Opakování – teplo, měrná tepelná
kapacita
• soustava č.1 odevzdává teplo Q1 soustavě
č. 2, která přijímá teplo Q2
m1
m2
c1
c2
t1
t
Q1 = m1 . c1 . (t – t1)
Q1 < 0 J
t2
t
Opakování – teplo, měrná tepelná
kapacita
• soustava č.1 odevzdává teplo Q1 soustavě
č. 2, která přijímá teplo Q2
m1
m2
c1
c2
t1
t
Q1 = m1 . c1 . (t – t1)
Q1 < 0 J
t2
t
Q2 = m2 . c2 . (t – t2)
Opakování – teplo, měrná tepelná
kapacita
• soustava č.1 odevzdává teplo Q1 soustavě
č. 2, která přijímá teplo Q2
m1
m2
c1
c2
t1
t
t2
t
Q1 = m1 . c1 . (t – t1)
Q2 = m2 . c2 . (t – t2)
Q1 < 0 J
Q2 > 0 J
Opakování – teplo, měrná tepelná
kapacita
• soustava č.1 odevzdává teplo Q1 soustavě
č. 2, která přijímá teplo Q2
m1
m2
c1
c2
t1
t
t2
t
Q1 = m1 . c1 . (t – t1)
Q2 = m2 . c2 . (t – t2)
Q1 < 0 J
Q2 > 0 J
Q 1 + Q2 = 0
Směšovací kalorimetr
• Pomůcka sloužící k pokusnému určení
měrné tepelné kapacity c dané látky.
• 2 tenkostěnné válcové hliníkové nádoby
různých průměrů, 2 víčka s otvory pro
míchačku a teploměr, dřevěná mřížka.
Směšovací kalorimetr
Směšovací kalorimetr -použití
1. Do kalorimetru dáme vodu (známé m1, t1, c1)
2. Do kalorimetru vložíme zahřáté těleso (známé
m2 a t2), jehož c2 chceme určit
3. Kalorimetr rychle uzavřeme, občas
promíchneme a na teploměru sledujeme
probíhající tepelnou výměnu.
4. Po ukončení tepelné výměny zapíšeme
výslednou teplotu t soustavy
voda – kalorimetr - měřené těleso
Kalorimetrická rovnice ve tvaru:
Qodevzdané = Qpřijaté
Kalorimetrická rovnice ve tvaru:
Qodevzdané = Qpřijaté
1. Na levou stranu rovnice zapíšeme
všechna tepla, která jsou při tepelné
výměně odevzdávána.
Kalorimetrická rovnice ve tvaru:
Qodevzdané = Qpřijaté
1. Na levou stranu rovnice zapíšeme
všechna tepla, která jsou při tepelné
výměně odevzdávána.
2. Na pravou stranu rovnice zapíšeme
všechna tepla, která jsou při tepelné
výměně příjimána.
Kalorimetrická rovnice ve tvaru:
Qodevzdané = Qpřijaté
1. Na levou stranu rovnice zapíšeme
všechna tepla, která jsou při tepelné
výměně odevzdávána.
2. Na pravou stranu rovnice zapíšeme
všechna tepla, která jsou při tepelné
výměně příjimána.
3. Veškeré rozdíly teplot zúčastněných
těles píšeme tak, aby vycházela kladně !!
Ilustrační příklad č.1
• V kalorimetru o tepelné kapacitě 400 J.K-1
je voda o hmotnosti 650 g a teplotě 17 °C.
Do vody vložíme hliníkové těleso o
hmotnosti 78 g a teplotě 90°C. Výsledná
teplota soustavy po dosažení
rovnovážného stavu je 18,6 °C. Urči
měrnou tepelnou kapacitu hliníku.
Ilustrační příklad č.1
•
•
•
•
•
•
•
•
Ck = 400 J.K-1
m1 = 650 g =0,65 kg
t1 = 17 °C = tk
c1 = 4180 J.kg-1.K-1
m2 = 78 g =0,078 kg
t2 = 90 °C
t = 18,6 °C
c2 = ? [J.kg-1.K-1]
• Qodevzdané = Qpřijaté
• QAl = QH2O + Qk
• Q2 = Q1 + Q k
• Q2 = m2 . c2. (t2 – t)
• Q1 = m1 . c1. (t – t1)
• Qk = Ck . (t – t1)
Ilustrační příklad č.1
Q2 = Q1 + Qk
m2 . c2. (t2 – t) = m1 . c1. (t – t1) + Ck . (t – t1)
c 
m . c . (t – t )  C . (t – t )
1
1
1
2
(t – t).m
2
c 
2
1
2
0,65.4180. (18,6 – 17)  400. (18,6 - 17)
(90 – 18,6).0,07 8
c  895 J .kg . K
1
2
k
1
1
J .kg . K
Ilustrační příklad č.1
• Měrná tepelná kapacita hliníku
je přibližně 895 J.kg-1.K-1
Příklad č.2 - samostatná práce
• V kalorimetru o tepelné kapacitě 90 J.K-1
je voda o hmotnosti 200 g. Teplota
soustavy je 80 °C. Do vody ponoříme
měděný váleček o hmotnosti 100 g a
teplotě 20°C. Urči výslednou teplotu
soustavy po dosažení rovnovážného
stavu. Měrná tepelná kapacita mědi je 383
J.kg -1.K-1
Příklad č.2 - řešení
Výsledná teplota soustavy
voda - kalorimetr - měď
po dosažení rovnovážného stavu je
78 °C.
Zdroje:
• MMMMM. wikipedia.cz [online]. [cit.
12.11.2012]. Dostupný na WWW:
http://cs.wikipedia.org/wiki/Soubor:Kalorim
etr.png