Skupenské teplo varu (kvalitativně)
Pokus číslo: 2190
Cíl pokusu
Cílem pokusu je prokázat existenci skupenského tepla varu.
Teorie
Dodáváme-li kapalině teplo, bude její teplota růst, až kapalina dosáhne své teploty varu. Budeme-li jí dále dodávat teplo, bude se toto teplo spotřebovávat na přeměnu kapaliny v páru. Teprve až se veškerá kapalina přemění v páru, může se teplota látky dále zvyšovat. Teplo, které jsme pro přeměnu kapaliny na páru museli dodat, označujeme jako skupenské teplo varu.
Skupenské teplo varu lze vnímat jako speciální případ tzv. skupenského tepla vypařování. Pokud bychom nechali veškerou kapalinu vypařit při jiné, nižší teplotě (což by trvalo mnohem déle), musela by kapalina na tuto přeměnu přijmout více tepla (skupenského tepla vypařování), než když změní skupenství při své teplotě varu. Více o skupenských teplech vypařování a varu lze nalézt v pokusu Odpařování vody a lihu (s termovizní kamerou).
Pomůcky
- termočlánek spolupracující s počítačem
- nádoba s vodou
- svíčka
- zápalky
Postup
Zapálíme svíčku a špičku termočlánku namočíme do vody.
Vodu necháme po těle termočlánku stéct, aby na jeho špičce vznikla vodní kapka (dle obr. 1).
Spustíme měření teploty a vložíme termočlánek do plamene svíčky.
Po vypaření kapky (řádově několik sekund) ukončíme měření.
Vzorový výsledek
Ve vzorovém měření byl využit termočlánek Vernier TCA-BTA, analogicky lze využít jiné čidlo s podobným rozsahem a možností grafického výstupu do počítače. Níže uvedený graf (obr. 2) ukazuje vzorově výsledek naměřená data.
Mezi 1. a 2. sekundou měření jsme vložili termočlánek do plamene. Teplota roste zhruba do času 6 sekund, kdy dosáhne přibližně hodnoty 100 °C a její nárůst se zastaví. Vodorovná část grafu v rozmezí 6 až 11 sekund prokazuje, že existuje skupenské teplo varu, v této části se kapalina mění v celém svém objemu na páru a teplota navzdory dodávání tepla neroste. Teprve po vypaření veškeré kapalné vody (v čase cca 11 sekund) začíná teplota termočlánku v plameni opět růst.
Technické poznámky
Pokud kapka během pokusu ukápne do plamene, je potřeba experiment zopakovat.
Teplota se nemusí zastavit přesně na 100 °C, neboť termočlánky obvykle pracují s velkými teplotními rozsahy a jejich přesnost se tak může běžně pohybovat v řádu jednotek stupňů Celsia.
Metodické poznámky
V diskusi navazující na experiment se lze žáků ptát, teplotu čeho vlastně čidlo po úplném vypaření vodní kapky měří. Měli bychom společně dojít k tomu, že je to teplota čidla samotného a že to tak bylo nejen po vypaření kapky, ale po celou dobu měření. Kontaktní teploměry vždy měří primárně teplotu sebe sama a my pouze přepokládáme, že se mezi nimi a měřenou látkou ustálila termodynamická rovnováha zajišťující stejnou teplotu těles, která jsou v kontaktu.
Pokud již mají žáci nějaké znalosti z oblasti skupenských přeměn, lze je před provedením experimentu nechat načrtnout, jaký průběh teploty v závislosti na čase očekávají.
