Struktura

Elektronické měření teploty

Pokus: Ověření teploty varu vody

Úkol: Ověřit teplotu varu vody za normálního a sníženého tlaku.

Pomůcky: kádinka, voda, rychlovarná konvice, vývěva, digitální čidlo teploty

Provedení: V rychlovarné konvici uvedeme vodu do varu, konvici odpojíme ze sítě a ihned změříme teplotu vody. Následně odlijeme trochu vody do kádinky a necháme ji trochu vystydnout (případně přidáme malé množství studené vody). Znovu změříme teplotu vody v kádince a prokážeme, že je její teplota nižší než 100 OC. Kádinku umístíme pod poklop vývěvy a snížíme pod poklopem tlak. Pozorujeme var vody. Nakonec znovu prověříme teplotu vody v kádince pomocí teploměru.

Poznámka: Alternativně lze použít místo vývěvy větší injekční stříkačku, do které nabereme kapalinu z kádinky, ucpeme nasávací otvor a prudce zvětšíme pomocí pístu objem prostoru uvnitř stříkačky. V tomto případě je však potřeba dbát zvýšené opatrnosti, aby nedošlo k opaření horkou vodou z kádinky a je vhodné použít vodu s nižší teplotou, přibližně 50 OC.

Závěr: Za normálního atmosférického tlaku vře voda při teplotě 100 OC, při snížení tlaku se teplota varu snižuje.

Otázka: Snížení teploty varu vody za sníženého tlaku působí problémy vysokohorským expedicím při přípravě pokrmů. Jakým způsobem by to bylo možno řešit? (využití tlakového hrnce)

 

Pokus: Zjišťování teploty vzduchu v místnosti

Úkol: Zjistit teplotu vzduchu v různých výškách nad podlahou v místnosti.

Pomůcky: digitální čidlo teploty, délkové měřidlo, žebřík

Provedení: Digitálním teploměrem měříme teplotu vzduchu ve třídě v různých výškách nad podlahou. Získané hodnoty zaznamenáme do tabulky a vyneseme do grafu.

Otázka: Jak se mění teplota vzduchu ve třídě s rostoucí výškou nad podlahou? Čím je to způsobeno?

Závěr: Teplota vzduchu ve třídě se s rostoucí výškou nad podlahou zvětšuje. Je to způsobeno tím, že teplejší vzduch má nižší hustotu, a proto v místnosti stoupá vzhůru.

 

Pokus: Vliv barvy na absorpci světelného záření a jeho přeměnu v teplo

Úkol: Zjistit, jaký má vliv barva povrchu tělesa na jeho zahřívání pomocí absorpce světelného záření.

Pomůcky: digitální čidlo teploty, 2 plastové láhve, voda, černý a bílý papír, lepicí páska

obrazek

Obr. 1: Vliv barvy na absorbci

Provedení: Pomocí lepicí pásky polepíme jednu láhev bílým a druhou černým papírem. Obě naplníme vodou o stejné teplotě (ověříme měřením) a láhve postavíme na okno tak, aby na obě dopadalo sluneční světlo. Po uplynutí určitého času změříme znovu teplotu vody v obou lahvích a porovnáme naměřené hodnoty.

Závěr: V láhvi pokryté černým papírem se voda ohřála více než v láhvi pokryté bílým papírem, protože docházelo ke zvýšené absorpci slunečního záření a jeho přeměně ve vnitřní energii ozařovaného tělesa.

 

Pokus: Chlazení pomocí odpařování vody

Úkol: Zjistit, jestli lze pomocí odpařování vody provádět chlazení.

Pomůcky: 3 plastové láhve, savý hadr, nůžky, gumičky, voda, talíř, digitální čidlo teploty, ventilátor

obrazek

Obr. 2: Chlazení odpařováním 

Provedení: Všechny 3 láhve naplníme vodou, nejlépe několik hodin před pokusem a necháme ustálit teplotu vody na úrovni pokojové teploty. Hadr rozstřihneme na 2 stejné díly a každým obalíme jednu ze 2 lahví. Třetí necháme nezabalenou (bude sloužit jen jako zdroj vody o stejné teplotě jako je uvnitř lahví). Na začátku pokusu změříme digitálním teploměrem teplotu ve všech třech lahvích. Následně vodou z láhve neobalené hadrem navlhčíme hadr na jedné ze zbývajících (druhou necháme suchou) a obě láhve obalené hadrem postavíme vedle sebe (pod navlhčenou můžeme dát talíř nebo jinou nádobu, abychom zabránili úniku vody) a na obě láhve namíříme zapnutý ventilátor. Po určité době provedeme kontrolní měření teploty vody v obou lahvích a naměřené hodnoty porovnáme.

Otázka: Proč se teplota vody v láhvi obalené navlhčeným hadrem snížila a v láhvi obalené suchým hadrem zůstala stejná?

Závěr: Voda navlhčeného hadru se odpařuje, přechází tedy ze skupenství kapalného do plynného, k čemuž je potřeba, aby přijala teplo. Toto teplo částečně odebírá z láhve, čímž ochlazuje vodu uvnitř.

Otázka: K čemu slouží při pokusu ventilátor?

Závěr: Ventilátor odvádí z okolí lahví páru vzniklou odpařením vody z hadru, urychluje tedy odpařování a tím i ochlazování. Pokus by fungoval i bez něj, s použitím ventilátoru je však výraznější a pokles teploty probíhá rychleji.

 

Pokus: změna teploty při rozpouštění soli ve vodě

Úkol: zjistit, jestli při rozpouštění soli ve vodě dochází ke změně teploty a pokusit se jev vysvětlit.

Pomůcky: kádinka, voda (nejlépe pokojové teploty), kuchyňská sůl, digitální čidlo teploty.

Provedení: digitálním teploměrem určíme teplotu soli i vody v kádince. Teploměrem soustavně měříme teplotu vody v kádince, přisypeme sůl a zamícháme. Sledujeme, jak se mění teplota roztoku v kádince.

Otázka: proč došlo ke snížení teploty roztoku vody v kádince?

Závěr: při rozpouštění krystalů soli ve vodě dochází k narušování vazeb mezi atomy tvořícími krystalickou mřížku. K narušení těchto vazeb je potřeba energie, která je odebírána z vnitřní energie vody, čímž se sníží její teplota.

Zdroje

Obrázky

  • Obr. 1: archiv autora
  • Obr. 2: archiv autora
  • Obr. 3:  AURENIUS, Olof. www.wikipedia.org [online]. [cit.20.1.2015]. Dostupné na www: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/b/b1/Anders-Celsius-Head.jpg?uselang=cs
  • Obr. 4:  Autor neznámý. www.wikipedia.org [online]. [cit.20.1.2015]. Dostupné na www: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:William_Thomson_1st_Baron_Kelvin.jpg

 

Názvosloví

Teplota – je fyzikální veličina. Je možné ji měřit buď ve OC (stupních Celsia; 0 OC teplota tání ledu, 100 OC teplota varu vody) a pak se značí t, nebo se značí T a pak se měří v K (kelvinech; 0 K je teplota absolutní nuly, 273,15 K je teplota trojného bodu vody). Teplotní rozdíl v kelvinech je stejný jako teplotní rozdíl ve stupních celsia. Ve stupnicích odpovídá 0 OC = 273,15 K. Teplota se měří teploměrem (Pozor! Teploměr měří teplotu, nikoliv teplo!).

Teplo – je fyzikální veličina, která určuje změnu vnitřní energie tělesa při tepelné výměně. Značí se Q a měří se v J (joulech). Teplo může nabývat kladné i záporné hodnoty podle toho, jestli jde o teplo přijaté nebo odevzdané. Měří se nepřímo, výpočtem, pomocí kalorimetru.

Var kapaliny – dochází k vypařování kapaliny nejen z povrchu, ale také uvnitř kapaliny. Tvoří se bublinky páry uvnitř kapalného tělesa.

Laboratorní cvičení

Zjišťování teploty vzduchu v místnosti

Pomůcky: čidlo teploty, délkové měřidlo, žebřík

Úkoly: digitálním teploměrem měříme teplotu vzduchu ve třídě v různých výškách nad podlahou. Získané hodnoty zaznamenáme do tabulky a vyneseme do grafu

Protokol k úloze viz přílohy dole.

Osobnosti

Obr. 3: Anders Celsius

Obr. 4: William Thomson - lord Kelvin

Obě používané jednotky teploty se jmenují po významných fyzicich, Andersu Celsiovi (více zde - Wikipedie) a Williamu Thomsonovi, lordu Kelvinovi (více zde - Wikipedie).

Kontrolní otázka

Jaký je vztah mezi změnou teploty měřenou ve stupních celsia a v kelvinech?

Logolink