Porovnání měrné tepelné kapacity lihu a vody
Pokus číslo: 1884
Cíl pokusu
Cílem experimentu je pomocí termovizní kamery porovnat měrné tepelné kapacity technického lihu a vody.
Teorie
Základní informace o měrné tepelné kapacitě jsou uvedeny v části Porovnání měrné tepelné kapacity oleje a vody, Teorie.
Pomůcky
Dvě identické plastové nádobky, nízká nádoba na vodu, termovizní kamera, rychlovarná konvice, technický líh.
Postup
Do dvou identických plastových kelímků odvážíme stejnou hmotnost vody a technického lihu.
Kelímky umístíme na dno nízké nádoby a do ní nalijeme vroucí vodu z rychlovarné konvice tak, aby smáčela nádobky přibližně do čtvrtiny jejich výšky; připravili jsme si tak vodní lázeň.
Termovizní kamerou pozorujeme, jakým způsobem se kapaliny v malých nádobkách zahřívají.
Vzorový výsledek
Úspěšné provedení pokusu ilustruje video níže. Je z něj patrné, že technický líh zvyšuje svoji teplotu rychleji než voda, což koresponduje se skutečností, že ve srovnání s vodou je jeho měrná tepelná kapacita téměř poloviční.
Při přípravě tohoto videa byla použita termovizní kamera FLIR i7. Teplotní rozsah škály barev byl zvolen v intervalu 23 °C až 47 °C, emisivita ε = 0,95.
Technické poznámky
Nalévání horké vody do nízké nádoby provádějte pomalu a zvolna – při prudkém nalití můžete nádobky se zkoumanými kapalinami převrátit, případně vám „odplavou“ ze zorného pole termovizní kamery.
Metodické poznámky
Je vhodné studenty upozornit na to, že termovizní kamerou snímáme pouze teplotu hladiny kapaliny.
Aby bylo provedení experimentu průkazné, požadujeme, aby byla hmotnost zahřívaného lihu i vody stejná; protože líh má menší hustotu, bude tedy jeho objem větší.
Právě rozdílná výška hladin v nádobkách vede studenty k takovým vysvětlením experimentu, která nepracují s měrnou tepelnou kapacitou. Poměrně často se studenti domnívají, že v případě plnější nádobky bude růst teploty pozvolnější – nádobky přece zahříváme v jejich spodní části a u té plnější tedy bude trvat déle, než zahřátá kapalina vystoupá k hladině, kde teplotu měříme. Takovou úvahu je třeba ocenit, dává fyzikální smysl, a kdyby byla v obou nádobkách stejná kapalina, skutečně by toto vysvětlení bylo relevantní. Provedení našeho experimentu ovšem dává výsledek zcela opačný – ač je objem lihu větší a jeho hladina je tedy výše, zahřívá se významně rychleji než v případě vody; výška hladiny tedy zřejmě nebude v tomto pokusu zásadním faktorem.
Odkaz na podobný pokus
Výše uvedený experiment lze samozřejmě provést i bez termovizní kamery, pouze se dvěma teplotními čidly. Toto jednodušší vybavení bylo využito v tematicky příbuzném experimentu Porovnání měrné tepelné kapacity oleje a vody, který ale kromě vlastního porovnání měrných tepelných kapacit obsahuje ještě rozšiřující zamyšlení nad naměřenými, na první pohled paradoxně vyznívajícími závislostmi teploty na čase.
Základy práce s termovizní kamerou - odkaz na PDF
Tento experiment využívá termografické měření. Dokument Experimentujeme s termovizní kamerou shrnuje teorii termografie a základní doporučení a postupy, které mohou napomoci k přesnějším a nezkresleným výsledkům měření.
