422737 / Pixabay

Meriame teplotu

Pomôcky: kahan, stojan, voda, bimetal z alobalu a papiera, sklenená fľaša, slamku, plastelína, PET mäkká, teplomer, ľad, vŕtačka, doštička, drevený kolík do nábytku
Domáce pokus:
Priprav si tri hrnca. Do jedného nalej studenú vodu (môžeš aj přihladit ľadom z chladničky), do druhého vlažnú vodu a do tretieho horúcu vodu (takú, aby si v nej mohol držať ruku). Jednu ruku ponor do nádoby so studenou vodou, druhú do nádoby s horúcou vodou. Asi po minúte prelož obe ruky do prostrednej nádoby. Čo cítiš?
Ruky vo vlažnej vode sa hádali.
• ruka, ktorá bola predtým v studenej vode, cíti, že vlažná voda je teplá,
• ruka, ktorá bola predtým vo horúcej vode, cíti, že vlažná voda je studená, ⇒ obe ruky klamú, pretože voda v prostrednom hrnci má jednu teplotu. Záver: Človek vníma teplotu, ale nie je dobrý teplomer. Naše vnímanie je nastavené tak, že dobre vnímame zmeny teploty (rovnako to platí aj u iných veličín napríklad hluku), ale zle
jej aktuálnu hodnotu:
• ruka, ktorá bola predtým v studenej vode, cíti, že sa dostala do teplejšej vody a preto ju cíti, ako teplú,
• ruka, ktorá bola predtým vo horúcej vode, cíti, že sa dostala do studenšie vody a preto ju cíti ako studenú.
Vo fyzike sa nemôžeme spoľahnúť na meranie teploty ľudským odhadom ⇒ musíme nájsť iné spôsoby merania teploty, ktoré nezávisia na našich pocitoch.
Pedagogická poznámka: Pokus v škole nevykonávame, pri diskusii na stole samozrejme demonštrujem rukami.
Aké výhody má uvedený spôsob vnímania teploty pre náš život?
Uvedené vnímanie teploty nám umožňuje si zvyknúť na okolité prostredie a teplotu nevnímať.
Pr. 1: Navrhni fyzikálny jav, ktorý by sme mohli využiť na objektívnemu meranie teploty. Mohli by sme využiť druhý domáci pokus, s uzavretou fľašou plnou vzduchu.
Prázdna (teda plná vzduchu) uzavretá fľaša:
• fľašu ochladíme studenou vodu: fľaša sa zmrští, po otvorení nasaje vzduch,
• fľašu ohrejeme horúcou vodou: fľaša sa nafúkne, po otvorení z nej uniká vzduch.
Pedagogická poznámka: Pokus si ukazujeme, výsledok nie je tak dobre vidieť, ako keď si žiaci vykonajú doma.
Pr. 2: Ako sa mení vzduch vo fľaši počas pokusu? Ako by sme mohli túto vlastnosť využiť pre meranie teploty?
• Pri zahrievaní sa zväčšuje objem vzduchu (vzduch sa rozťahuje).
• Pri ochladzovaní sa zmenšuje objem vzduchu (vzduch sa zmršťuje).

Môžeme merať objem vzduchu v uzavretej nádobe, čím väčší objem vzduchu tým väčšia je teplota.
Je zväčšovanie objem s rastom teploty špeciálnou vlastnosťou vzduchu, alebo sa podobne správajú aj iné látky?
Pokus:
Sklenenú fľašu od sirupu úplne naplníme zafarbenou studenú vodu, hrdlo upcháme kusom modelíny, do ktorej strčíme slamku. Fľaša dáme do hrnca s horúcou a vodou necháme ju zahrievať. Voda postupne stúpa Brcko a potom začne odkvapkávať.
Pr. 3: Ako reaguje voda na zmenu teploty? Je možné tento pokus využiť ku konštrukcii v praxi používaného teplomeru?
Pri zahrievaní sa objem vody zväčšuje ⇒ môžeme merať zmeny objemu a spoznať z nich teplotu.
Princíp sa využíva u vonkajších teplomerov, v trubičke je tekutina. Čím väčšia je jej teplota, tým väčšiu má objem, tým vyššie v trubičke dosahuje a tým väčšiu hodnotu odčítame na stupnici.
Pr. 4: Môže byť látkou, ktorá sa používa vo vonkajších teplomeroch voda? Prečo? Nemôže, voda sa pri 0 C ° mení na ľad (zmena na ľad znamená aj veľkú zmenu objemu).
Pr. 5: Akú najvyššiu teplotu by sme mohli merať v kvapalinovom teplomere s vodou? Najvyššia teplotou je 100 C °. Pri 100 C ° začne voda variť a prestane zväčšovať svoj objem. Vonkajší teplomer je príkladom kvapalinového teplomera: teplomer obsahuje kvapalinu, zmena jej objemu znamená zmenu výšky hladiny, výška hladiny ukazuje na stupnici teplotu vody.
Dve najčastejšie používané kvapaliny:
• lieh (vonkajšie teplomery),
• ortuť (lekársky teplomer).
Pr. 6: Teplotu meriame v stupňoch Celzia. Skús si spomenúť na zaujímavú zhodu teploty v stupňoch Celzia niektorých zaujímavých dejov. Akú má táto zhoda príčinu?
Dva fyzikálne deje majú „okrúhle“ hodnoty teploty v stupňoch Celzia:
• 0 C °: voda sa mení v ľad, ľad sa mení na vodu,
• 100 C °: voda varí.
Celziova stupnica je zrejme vymyslená tak, aby teplota 0 C ° zodpovedala topenia ľadu a teplota 100 C ° varu vody.
Mohli by sme na našom sklenenom teplomere merať teplotu?
Nemohli, pretože na ňom nemáme nakreslenú stupnici.
Pr. 7: Navrhni spôsob, ako na slepý teplomer nakresliť stupnicu pre meranie teploty vo stupňoch Celzia.
• Pomorie teplomer do vody s ľadom ⇒ označíme 0 C °,
3
• Pomorie teplomer do vriacej vody ⇒ označíme 100 C °, vzdialenosť medzi značkami rozdelíme na sto dielikov. Zväčšovanie objemu s teplotou nie je iba záležitosťou plynov a kvapalín. Objem a rozmery
zväčšujú aj pevné látky.
Divná komplikácie pri stavbách mostov:
• na začiatku a konci mosta býva škára (dilatačná špára – tu a tu),
• mosty bývajú postavené na valcoch.
Dôvod: Most sa pri zvýšení teploty zväčší ⇒
• potrebuje miesto, kam sa vojde (zaplní miesto dilatačné škáry),
• potrebuje možnosť sa pohnúť (mostovka sa môže pohybovať po valcoch).
Pr. 8: Navrhni spôsob, ako merať pomocou dilatačné škáry mosta merať teplotu). Vyššia teplota ⇒ dlhší most ⇒ viac zaplnená dilatačná špára ⇒ môžeme merať šírku škáry, čím bude škára dlhšia, tým je teplota nižšia.
Pr. 9: Na fotografii je model bimetalového (dvojkovového) teplomera. ide zakrútený opasok, zlepený z alobalu a papiera – tieto látky sa pri zvýšení teploty rozťahujú rôzne. Ktorá z nich sa rozťahuje pri zvýšení teploty viac? (Alobal je na vonkajšej strane pásku, opasok sa pri zahriatí viac zakrúti).
Materiál na vonkajšej strane je dlhšia ako na strane vnútornej ⇒ keď sa pásik snažia viac zakrútiť, materiál na vonkajšej strane sa viac predlžuje ⇒ alobal sa viac predlžuje ako papier.
Bimetal (z ozajstného bimetalu) sa často používajú: vypínajú ističe, varné kanvice, žehličky, …
Pr. 10: narysujte na celú výšku stránky teplotnú stupnicu a do nej vyznač nasledujúce teploty:
a) najnižšia teplota nameraná na Zemi: –  89, 2 °C, Vostok, Antarktída, 1983,
b) najnižšia teplota nameraná v SR: –  42, 2 °C, Litvínovice 1929,
c) najvyššia teplota nameraná na Zemi: 56,7 °C , Death Valey, USA, 1913,
d) najvyššia teplota nameraná v SR: 40,4 °C, Dobřichovice 2012,
e) teplota varu vody 100 °C , f) teplota topenia ľadu 0 °C ,
g) teplota topenia liehu h) teplota varu liehu
Žiaci prinesú nabudúce: zápalky

Pridaj komentár

Vaša e-mailová adresa nebude zverejnená. Vyžadované polia sú označené *