Tání ledu na plechovkách
Pokus číslo: 1626
Cíl experimentu
Cílem pokusu je pomocí jednoduchých pomůcek demonstrovat různou tepelnou vodivost odlišných materiálů.
Pomůcky
Dvě nápojové plechovky (v našem případě Al a Fe, jak lze vyčíst ze symbolů na plechovkách, viz obr.), nádoba z tepelného izolantu (sklenička, plastový kelímek, polystyrenový kelímek,...), kostky ledu, umyvadlo na vodu, teplá voda.
Teorie
Postavíme-li plechovku do nádoby s teplou vodou, horní a dolní části plechovky mají rozdílnou teplotu a proto se začne plechovkou šířit teplo. V našem experimentu používáme dvě plechovky (hliníkovou a železnou) stejného tvaru, na jejichž horní podstavy umístíme současně dvě stejně velké kostky ledu a sledujeme rychlosti tání těchto kostek. Hliník má přibližně třikrát vyšší tepelnou vodivost než železo, takže rychleji taje led na hliníkové plechovce. Pokud bychom vedle plechovek postavili ještě nádobu z tepelného izolantu (např. polystyrenový kelímek, plastový kelímek či skleničku) a na ni také položili kostku ledu, viděli bychom, že na této nádobě taje led nejpomaleji.
Postup
Do umyvadla s plechovkami z hliníku a ze železa nalijeme teplou vodu. Plechovky umístíme dnem vzhůru a na každou z nich položíme kostku ledu (přičemž tyto kostky jsou stejně velké). Pozorujeme.
Výsledek pozorování
Tání kostek ledu probíhá na obou plechovkách. Pozorujeme, že na hliníkové plechovce taje kostka ledu rychleji než na železné. Na sklenici vlevo dochází k tání jen velmi pomalu.
Technické poznámky
Experiment lze provést i bez umístění plechovek do teplé vody, pak ale zabere více času.
Je vhodné pokládat kostky ledu na plechovky současně, protože tání probíhá hlavně ze začátku velmi rychle.
-
Vzhledem k tomu, že se dnes vyrábějí plechovky především z hliníku, může být problém sehnat plechovku, která hliníková není. Materiál, ze kterého je plechovka vyrobena, je vždy na plechovce označen příslušným symbolem. Ze železa je například plechovka od Staropramenu.
Dno plechovek je prohnuté dovnitř, a tak zůstává odtávající voda v této prohlubni. Teplo, které plechovka přivádí, se využije nejen na roztátí ledu, ale i na ohřev této odtávající vody.
Protože jsou plechovky dnem vzhůru, je v nich uzavřen vzduch. Po nalití teplé vody do vaničky se začnou plechovky kymácet a začne z nich unikat vzduch, který se v nich během ohřevu rozpíná. Tomu lze zabránit tím, že se v rámci přípravy experimentu do plechovek udělá malý otvor.
Metodické poznámky
K tomuto experimentu je možné přistoupit i jako k problémové úloze. Postavíme před žáky do vody dvě stejně velké plechovky a na každou z nich položíme kostku ledu. Žáci vypozorují, že na jedné z plechovek taje led rychleji než na té druhé, načež jim položíme otázku, čím se tyto dvě plechovky liší. Po podrobném prozkoumání by žáci měli přijít na to, že se liší materiálem, ze kterého jsou vyrobeny.
Experiment poté zopakujeme s tím, že navíc přidáme nádobu vyrobenou z tepelného izolantu pro potvrzení hypotézy, že se plechovky opravdu lišily tepelnou vodivostí.
Experiment byl vyzkoušen v osmém ročníku ZŠ. Žáci byli vyzváni, aby průběh experimentu sledovali zblízka. Snadno určili, že na hliníkové plechovce taje led rychleji. Problém jim ale dělalo objasnit, čím se plechovky liší. Žáci jmenovali vlastnosti jako je například barva plechovek. Na to, že se plechovky liší materiálem, přišli až poté, co dostali pokyn prohlédnout si je detailněji.
Podobný experiment
Porovnáním tepelné vodivosti různých kovů se zabývá také experiment Porovnání tepelné vodivosti mědi, hliníku a mosazi, který využívá termocitlivé folie.
