Sbírka fyzikálních pokusů

Závislost rychlosti vypařování na obsahu plochy hladiny kapaliny

Pokus číslo: 1721

• Cíl pokusu

  Následující experiment popisuje proměření závislosti rychlosti vypařování kapaliny na obsahu plochy hladiny kapaliny.

• Teorie

  Rychlost vypařování nemá v českém kontextu žádnou ustálenou definici ani označení. Z logiky věci se zdá být rozumné definovat ji jako hmotnost kapaliny odpařené za jednotku času. Pro žáky bude ale obecně snazší hovořit o změně hmotnosti v různých nádobách za stejný časový úsek, proto se o intuitivní definici pokoušet nebudeme.

• Pomůcky

  Váhy (s citlivostí alespoň 0,01 g), technický líh, mističky různých průměrů (v dražší verzi Petriho misky, v levnějším provedení například mističky na míchání barev ve výtvarné výchově; v našem vzorovém případě kombinace – viz obr. 1), posuvné měřítko na proměření průměrů mističek.

  

• Postup

  1. Posuvným měřítkem určíme a zaznamenáme průměry používaných mističek.

  2. Do všech mističek nalijeme technický líh (ne nutně stejné množství) a mističky i s lihem zvážíme.

  3. Poté necháme líh odpařovat a po uplynutí alespoň jedné hodiny zvážíme všechny mističky znovu. Rozdíl hmotností představuje pro každou misku hmotnost odpařeného lihu.

• Vzorový výsledek

  Měření bylo vzorově provedeno desetkrát, pokaždé ale trvalo jinak dlouho. Nelze tak přímo průměrovat hmotnosti odpařeného lihu – při kratších měřeních jsou tyto logicky nižší. Proto byl pro účely zpracování dat zaveden bezrozměrný koeficient \(k\), který pro každé měření říká, kolikrát větší hmotnost lihu se z jednotlivých mističek odpařila ve srovnání s mističkou nejmenší (tj. například hodnota \(k = 2\) pro danou mističku říká, že se z ní odpařilo dvakrát více lihu než z nejmenší mističky za stejný čas). Při takovémto způsobu zpracování dat již nezáleží na době měření a je možné hodnoty \(k\) z různě dlouhých měření zprůměrovat. Samozřejmě je na zvážení učitele, zda tímto žáky zatěžovat, nebo se spokojit s jediným méně přesným, ale názorným měřením.

  Vzorově naměřené hodnoty ukazuje tabulka 1 a graf na obr. 2. Z grafu je patrné, že se zvyšujícím se obsahem plochy hladiny roste hmotnost odpařeného lihu (prostřednictví koeficientu \(k\)) lineárně a extrapolace na nulový obsah plochy naznačuje dokonce přímou úměrnost.

  Tabulka 1:

  S (cm2)	13,8	17,3	21,1	28,2	37,7	48,6	62,0
  k	1,00	1,28	1,44	2,09	2,91	3,75	4,48

  

• Technické poznámky

  • Vzhledem k lihovým výparům není příjemné provádět měření v učebně, kde probíhá výuka. Odpařování lze nechat probíhat například v jiné, volné učebně.

  • Úspěch experimentu stojí na použití mělkých mističek. Použití vysokých nádob vede k tomu, že odpařovaný líh začne kondenzovat na jejich stěnách a úbytek hmotnosti se zmenší.

  • Po nalití lihu je dobré zkontrolovat, že jsou mističky zvnějšku suché, event. je před zvážením otřít. Jinak riskujeme, že naše data ovlivní rychlé odpařování lihu z vnějšího povrchu misek.

  • Všechny mističky je vhodné mít na stejném místě – zamezíme tak riziku, že se budou nacházet v místech s různou teplotou či jiným prouděním vzduchu, které rychlost odpařování ovlivňují.

• Metodické poznámky

  • Měření je svou délkou vhodné na dvě po sobě následující spojené hodiny fyziky. Protože vyžaduje zásah experimentátorů pouze na začátku a na konci svého trvání, je přirozené vyplnit dobu měření jinou aktivitou (výklad, procvičování, pokus).

  • Protože je měření časově náročné, nelze jej ve výuce rozumně zopakovat. Pokud ale chceme mít více hodnot k dalšímu zpracování, může měření provádět více skupin žáků naráz, stačí každé skupince opatřit stejnou sadu mističek; vážení probíhá jednorázově na začátku a na konci měření a jedny váhy při něm tudíž postačí.

  • Měření průměru misek se může stát samostatnou laboratorní úlohou zahrnující práci s posuvným měřítkem a statistické zpracování dat získaných opakovaným měřením téže veličiny.