Vždy, keď nám je zima, snažíme sa dostať do blízkosti radiátora alebo tepelného zdroja, aby sme sa zohriali. Na zohriatie je vhodná aj teplá sprcha. Teplý radiátor alebo horúca sprcha nám odovzdajú teplo. Naše telo je chladnejšie ako radiátor, pec či horúca voda, a preto telo od nich prijme teplo. Hovoríme, že dochádza k výmene tepla medzi teplejším a chladnejším telesom.
Budeme skúmať výmenu tepla medzi horúcou a studenou vodou. Cieľom pokusu je zistiť, čo všetko ovplyvňuje výslednú teplotu pri zmiešavaní horúcej a studenej vody. Aj v minulosti rovnako postupovali fyzici, keď pátrali po odpovedi na otázku: „Čo je to teplo?“ Podobné pokusy a merania začiatkom 18. Storočia uskutočnil G. D. Fahrenheit – autor jednej z teplotných stupníc.
Na uskutočnenie pokusov budeme potrebovať pomôcku, ktorá funguje ako termoska. Je to kalorimeter, ktorý si vyrobíme sami.
Jeden z návodov ako si vyrobiť jednoduchý kalorimeter:
Pomôcky: škatuľa od nápoja s objemom 1 l, škatuľa od nápoja s objemom 250 ml, kúsky polystyrénu 
Postup: a) Prestrihni veľkú škatuľu od nápoja na polovicu a do vrchnej časti urob otvor na teplomer. b) Malú škatuľu odstrihni tak, aby siahala do polovice výšky veľkej škatule. c) Malú škatuľu vlož do veľkej a utesni ju kúskami polystyrénu. d) Nastrihni okraje vrchnej časti škatule tak, aby sa dala nasadiť na spodnú časť. Akému šíreniu tepla bránia jednotlivé časti takto vyrobeného kalorimetra? Pomôž si porovnaním s časťami termosky.
Pokus s horúcou a studenou vodou:
Odhadni a potom zisti, aká bude výsledná teplota pri zmiešavaní horúcej a studenej vody.
Pomôcky: Odmerná nádoba, teplomer, jednoduchý kalorimeter, varná kanvica, (Pri meraní hmotnosti vody využívame skutočnosť, že jeden gram vody má objem jeden mililiter. Preto pri meraní nepotrebujeme váhy, ale stačí nám odmerná nádoba.)
Postup:
a) Dobre si preštuduj tabuľku.
b) Prvé tri merania urob podľa pokynov v tabuľke. Studená voda môže mať teplotu vody z vodovodu. c) V meraní č. 4 a 5 si sám urči množstvo a teplotu horúcej vody. Ber však do úvahy, koľko vody sa do jednoduchého kalorimetra zmestí.
d) Pri každom meraní postupuj tak, že najskôr dáš do kalorimetra studenú vodu a až potom naleješ horúcu vodu. Spodnú časť kalorimetra zakry vrchnou časťou a chvíľu počkaj, kým sa teplota ustáli.
e) Pred odmeraním výslednej teploty odhadni, aká asi bude. Svoj odhad napíš do tabuľky.
f) Odmeraj výslednú teplotu vody a zapíš ju do tabuľky.
Spracovanie výsledkov:
-
Svoj odhad výslednej teploty porovnaj so skutočne nameranou teplotou. Sú tvoje odhady a namerané hodnoty približne rovnaké? V ktorom meraní sa tvoj odhad a skutočne nameraná hodnota najviac zhodujú? V ktorom meraní si sa najviac pomýlil?
-
Ako si odhady robil? Opíš postup.
-
Od čoho závisí výsledná teplota pri zmiešavaní horúcej a studenej vody?
-
Aké chyby merania ovplyvnili nameranú výslednú teplotu?
Keď zmiešavame rovnaké kvapaliny s rovnakými hmotnosťami, ale s rôznymi začiatočnými teplotami, ich výsledná teplota sa dá odhadnúť. Mala by sa rovnať aritmetickému priemeru – polovici súčtu ich začiatočných teplôt.
Príklad:
Ak je začiatočná teplota horúcej vody 80 °C a teplota studenej 20 °C, tak ich výsledná teplota by mala byť 50 °C.
Odmeraná hodnota výslednej teploty je v praxi o niečo nižšia ako vypočítaná. Časť tepla sa totiž spotrebovala na zohriatie nádoby a časť tepla unikla do okolitého vzduchu. Hovoríme o stratách tepla. Z hľadiska výmeny tepla platí, že studená voda sa pridaním horúcej vody zohreje, prijme teplo. Horúca voda sa pridaním studenej vody ochladí, odovzdá teplo.
Teplo môže odovzdať vždy len teplejšie teleso chladnejšiemu telesu.
Zopakujte si:
1. Uveďte príklad výmeny tepla medzi teplejším a chladnejším telesom.2. Ako sa dá vyrobiť jednoduchý kalorimeter?
3. Aké pomôcky potrebujeme pri zisťovaní výslednej teploty vody zmiešanej z teplej a studenej vody?
4. Ako robíme odhad výslednej teploty vody pri zmiešavaní rovnakého množstva teplej a studenej vody?
Použitá literatúra:
Fyzika pre 7. ročník základnej školy a 2. ročník gymnázia s osemročným štúdiom - doc. RNDr. Viera Lapitková, CSc., doc. RNDr. Václav Koubek, CSc., Mgr. Milada Maťašovská, Mgr. Ľubica MorkováZdroje obrazkov:
Fyzika pre 7. ročník základnej školy a 2. ročník gymnázia s osemročným štúdiom - doc. RNDr. Viera Lapitková, CSc., doc. RNDr. Václav Koubek, CSc., Mgr. Milada Maťašovská, Mgr. Ľubica Morkováhttp://www.topky.sk/cl/13/105618/Otuzovanie-zabrani-nachladnutiu
http://scienceprojectideasforkids.com/2010/temperature-heat-energy-transfer/