Badanie zmian temperatury podczas przemian fazowych

= = = = = Alternatywa WCAG

Wykorzystaj możliwości Wirtualnego Laboratorium i zbadaj, w jaki sposób temperatura $t$ ciała stałego zmienia się wraz z ilością dostarczonego ciepła $Q$. Jest ono dostarczane jednostajnie wraz z upływem czasu $\tau$ (grecka litera 't'; wymawiaj tau) ogrzewania ciała.

Problem badawczy

Na podstawie tabel wyników pomiarów zależności $t(\tau )$ dla każdej z trzech dostępnych w laboratorium substancji: galu, parafiny i miedzi, bez problemu rozpoznasz, z którą z tych substancji masz do czynienia. Taki jest cel eksperymentu.

Hipotezy badawcze

Badane substancje mają różne właściwości termodynamiczne. Te przydatne w zaplanowaniu, przeprowadzeniu doświadczenia oraz opracowaniu jego wyników, zostały ujęte w tabeli 1.

Wyniki pomiarów

= = = =Opis WL‑I

Na stole w laboratorium znajdują się trzy identyczne układy badawcze. Każdy składa się z gazowego palnika laboratoryjnego o stałej mocy piętnastu watów oraz umieszczonej nad nim ognioodpornej zlewki umocowanej na statywie. Palnik można włączać i wyłączać poprzez kliknięcie w pokrętło. Każda ze zlewek zawiera jedną z trzech substancji: gal, miedź bądź parafinę, o masie trzy setne grama. Znaki zapytania przysłaniające zlewki informują, że użytkownik nie wie, która substancja jest umieszczona w której zlewce. Kliknięcie w znak zapytania ujawnia tę informację, pod warunkiem że zlewka została już maksymalnie podgrzana. Z każdej zlewki wystaje trzycyfrowy wyświetlacz termometru, wyskalowany w stopniach Celsjusza, o rozdzielczości jednej dziesiątej stopnia. Dwa termometry wskazują na początku dziesięć stopni, trzeci wskazuje trzydzieści trzy i siedem dziesiątych stopnia. Blisko prawego brzegu stołu stoi elektroniczny stoper z dwoma guzikami sterującymi i widoczną sześciocyfrową skalą. Dwie pierwsze cyfry służą do wyświetlania minut, dwie kolejne do wyświetlania sekund a dwie ostatnie do wyświetlania setnych części sekundy. Lewy, zielony guzik włącza lub wyłącza stoper; prawy czerwony guzik zeruje jego wskazania. Nad stoperem umieszczone jest pole „Właściwości fizyczne i chemiczne substancji”. Po jego kliknięciu pojawia się dwuczęściowa tabela zawierająca niezbędne informacje o trzech badanych substancjach. Otwartą tabelą można zamknąć. Przycisk opisany literą i w lewym górnym rogu ekranu wyświetla instrukcję postępowania; przycisk „RESET” w lewym dolnym rogu ekranu przywraca stan wyjściowy Wirtualnego laboratorium. Palniki można włączać i wyłączać niezależnie od siebie; włączenie któregokolwiek z nich uruchamia automatycznie stoper, ale wyłączenie nawet wszystkich palników nie zatrzymuje stopera. Każdy palnik wyłącza się samoczynnie po osiągnięciu temperatury podgrzewanej w nim substancji równej osiemdziesięciu stopni na termometrze. Po włączeniu palnika pojawia się pod nim pole „Wymień substancję”. Kliknięcie powoduje wyłączenie palnika, schłodzenie substancji, przywrócenie początkowego wskazania termometru i zniknięcie pola. Obok przycisku RESET znajduje się przycisk „zatrzymaj czas”. Jego kliknięcie przestawia go w tryb „Wznów czas” i powoduje wstrzymanie zarówno biegu stopera jak i procesu podgrzewania we wszystkich układach, w których jest on uruchomiony. Program podejmuje działanie po ponownym kliknięciu na ten przycisk.

= = = =koniec opisu

Przeprowadzono badanie zależności temperatury $t$ każdej z trzech substancji od czasu podgrzewania $\tau.$ Ze względu na różnice w przebiegu obserwacji, w tym na tempo i charakter wzrostu temperatury każdej z próbek, wyniki badania umieszczono w oddzielnych tabelach. W każdej wprowadzono kolumnę tempa zmian temperatury $\frac{\delta t}{\delta \tau},$ gdzie $\delta \tau$ to czas pomiędzy pomiarem bieżącym a poprzednim, zaś $\delta t$ to przyrost temperatury próbki w tym czasie.