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

    1. Do dvou identických plastových kelímků odvážíme stejnou hmotnost vody a technického lihu.

    2. 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.

    3. 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.

Typ pokusu: kvalitativní
Věková skupina: od 2. stupně základní školy
Potřebné vybavení: vyžaduje specifické pomůcky
Čas přípravy pokusu: do 3 minut
Čas provedení pokusu: 3–10 minut
Pokus je zachycen na videu
Multimediální encyklopedie fyziky
Původní zdroj: Kácovský, P. (2016). Experimenty podporující výuku termodynamiky na
středoškolské úrovni. (Disertační práce.) Matematicko-fyzikální
fakulta UK, Praha.
×Původní zdroj: Kácovský, P. (2016). Experimenty podporující výuku termodynamiky na středoškolské úrovni. (Disertační práce.) Matematicko-fyzikální fakulta UK, Praha.