Filtr seznamu experimentů?

Zvolte požadované hodnoty úrovní a požadované štítky. V obsahu budou zobrazeny pouze úlohy mající jednu ze zvolených úrovní každé škály a alespoň jeden štítek. Pokud chcete filtrovat pouze podle některých škál nebo jen podle štítků, nechte ostatní skupiny prázdné.

Škály

Typ pokusu
Věková skupina
Potřebné vybavení
Čas přípravy pokusu
Čas provedení pokusu

Štítky

Kategorie
«
«
«

Tepelná kapacita teploměru

Pokus číslo: 2335

  • Cíl pokusu

    Cílem experimentu je demonstrovat vliv malé tepelné kapacity teploměru na naměřený průběh teploty při zahřívání vody.

  • Teorie

    V rámci středoškolského učiva se zmiňuje tepelná kapacita ve významu jakési „ochoty“ těles měnit teplotu – tělesům s velkou tepelnou kapacitou je třeba k jejich ohřátí o 1 °C dodat více energie než tělesům s tepelnou kapacitou malou (více viz Porovnání měrné tepelné kapacity oleje a vody, Teorie). Pokud by měl teploměr o pokojové teplotě velkou tepelnou kapacitu, přijal by například po ponoření do horké vody velké množství energie, čímž by došlo k ochlazení vody a tudíž zkreslení měření. Při kontaktním měření teploty tedy zřejmě požadujeme, aby byla tepelná kapacita teploměrů co nejnižší. Následující experiment ukazuje, že splnění tohoto požadavku s sebou ale nese i určité obtíže při interpretaci některých měření.

  • Pomůcky

    Připravíme si: rychlovarnou konvici, teplotní senzor s masivním kovovým tělem (v našem případě Vernier Go!Temp), teplotní senzor ve formě bodového čidla (v našem případě Vernier STS-BTA).

  • Postup

    1. Do rychlovarné konvice s vodou umístíme do těsného sousedství oba teplotní senzory. Snažíme se, aby byly oba senzory umístěny co nejblíže k vertikální ose konvice (obr. 1).

    Obr. 1: Uspořádání senzorů v konvici
    1. Zapneme konvici a proměříme nárůst teploty z pokojových 25 °C na teplotu cca 60 °C tak, aby se data z obou čidel zobrazovala do jednoho grafu.

  • Vzorový výsledek

    Výsledkem měření je graf, který ukazuje závislost teploty, naměřené na jednotlivých čidlech, na čase (obr. 2).

    Obr. 2: Graf závislosti teploty na čase-

    Interpretace naměřených dat:

    V grafu (obr. 2) jsou patrné dva efekty:

    • Prvním z nich je poloha naměřených křivek – během celého měření ukazuje bodové čidlo vyšší hodnoty než čidlo kovové. Tento jev je očekávatelný – bodové čidlo má velmi malou tepelnou kapacitu, jeho ohřev je tedy snadný a čidlo tak reaguje pružněji na změny teploty.

    • Druhý efekt, který při pohledu do grafu zaujme, je „neučesanost“ červené křivky – přestože jde o průměr z šesti měření, hodnoty měřené bodovým čidlem fluktuují výrazně více než v případě kovového teploměru. Zde je role rozdílné tepelné kapacity zcela zřejmá – zahřívající se kapalina během experimentu proudí a k čidlům se tak náhodně dostávají její chladnější a prohřátější části; zatímco bodový teploměr tyto nuance zachytí, kovové tělo teploměru se přizpůsobuje změnám velmi pomalu a drobné výkyvy teploty tak prakticky neregistruje. Nárůst teploty se pak jeví být čistě lineární.

  • Rozšíření experimentu

    O tom, že proudění v kapalině skutečně značně ovlivňuje teplotu jednotlivých jejích částí, se lze přesvědčit například i termovizní kamerou. Na obr. 3 je sekvence snímků, na kterých je zachycena hladina vody v kádince; sekvence byla pořízena 10 minut poté, co byla do kádinky nalita vroucí voda. Je patrné, že v řádu sekund se teplota jednotlivých částí hladiny (i u značně „odstáté“ vody) mění v rozmezí cca 1 °C až 2 °C.

    Obr. 3: Sekvence snímků hladiny vody zachycená termovizní kamerou
  • Metodické poznámky

    Z metodického hlediska je fyzikálně vhodnější zopakovat měření v tomtéž uspořádání vícekrát a získané hodnoty pak zprůměrovat, což bylo uplatněno i v případě vzorového výsledku.

Typ pokusu: kvantitativní
Věková skupina: od 2. stupně základní školy
Potřebné vybavení: vyžaduje specifické pomůcky
Čas přípravy pokusu: do 3 minut
Čas provedení pokusu: 3–10 minut
Multimediální encyklopedie fyziky