Temat

Wyznaczanie ciepła właściwego wody przy użyciu grzałki o znanej mocy

Etap edukacyjny

Drugi

Podstawa programowa

Uczeń doświadczalnie wyznacza ciepło właściwe wody.

Czas

45 minut

Ogólny cel kształcenia

Orientacyjne wyznaczenie ciepła właściwego wody za pomocą grzałki o znanej mocy.

Kształtowane kompetencje kluczowe

1. Rozwijanie umiejętności budowania zestawu pomiarowego.

2. Rozwijanie umiejętności wykonywania pomiarów fizycznych.

3. Analiza wyników oraz dyskusja błędów pomiarowych.

Cele (szczegółowe) operacyjne

Uczeń:

- zestawia układ doświadczalny potrzebny do wykonania pomiarów,

- przeprowadza pomiary i zapisuje je w tabeli pomiarowej.

Metody kształcenia

1. Uczenie się przez eksperymentowanie.

2. Współpraca w grupie: efekt synergii.

Formy pracy

1. Samodzielne wykonywanie pomiarów.

2. Opracowywanie danych pomiarowych.

Etapy lekcji

Wprowadzenie do lekcji

Pytania wprowadzające:

1. Co to jest ciepło właściwe?

2. W jaki sposób możemy wyznaczyć ciepło potrzebne do ogrzania wody?

3. Co to jest moc i jaki jest jej związek z energią?

4. Zaprojektuj doświadczenie, przy pomocy którego wyznaczysz ciepło właściwe wody.

Realizacja lekcji

Doświadczenie

Hipoteza badawcza:

Przy użyciu czajnika elektrycznego można oszacować ciepło właściwe wody.

Wprowadzenie teoretyczne do doświadczenia.

Ilość ciepła potrzebnego do ogrzania wody o masie m o ∆t wyznaczamy ze wzoru:

Jeżeli przez czas t, przez czajnik elektryczny o mocy znamionowej P płynie prąd, to wykonywana jest praca:

Zakładając stuprocentową skuteczność zamiany pracy wykonywanej przez przepływający prąd, na ciepło, to otrzymamy związek:

Stąd bezpośrednio otrzymamy wzór:

Co jest potrzebne do wyznaczenia ciepła właściwego?

Układ badawczy.

W skład układu doświadczalnego wchodzi:

- czajnik o znanej mocy znamionowej, 
- pojemnik pozwalający wyznaczyć określoną masę wody,
- termometr za pomocą którego mierzymy temperaturę początkową wody,
- stoper.

[Slideshow]

Instrukcja wykonania doświadczenia:

1. Odmierzyć określoną objętość wody np. 300 cmIndeks górny 3³.

2. Korzystając z informacji, że 1 cmIndeks górny 3³ wody waży 1 g uzupełnić masę wody w tabeli.

3. Zmierzyć temperaturę początkową wody.

4. Wlać wodę do czajnika.

5. Mierzyć czas potrzebny do zagotowania wody w czajniku.

6. Czynności od 1 do 5 powtórzyć kilkukrotnie.

7. Wyniki zapisywać w tabeli pomiarowej.

[Tabela 1]

Opracowanie wyników pomiarowych:

1. Dla każdego z wykonanych pomiarów wyznaczyć wartość ciepła właściwego.

2. Na podstawie otrzymanych wyników wyznacz wartość średnią ciepła właściwego wody.

3. Znajdź najmniejszą i największą wartość wyznaczonego przez ciebie ciepła właściwego wody.

4. Określ dokładność wyznaczenia wartości średniej ciepła właściwego wody ze wzoru:

5. Zapisz otrzymany wynik wraz z dokładnością jej wyznaczenia, czyli w postaci $(c_w\pm \Delta c_w)$. Porównaj otrzymany wynik z wartością odczytaną z tablic fizycznych.

6. Wyjaśnij, dlaczego otrzymany w doświadczeniu wynik różni się od wartości ciepła właściwego podanego w tablicach fizycznych.

Podsumowanie lekcji

Zastosowana metoda wyznaczenia ciepła właściwego wody jest bardzo prosta i obarczona dużą niedokładnością. Pomimo tego można ją stosować dla oszacowania ciepła właściwego.