Wirtualne laboratorium (WL‑S)
Wirtualne Laboratorium Fizyki
Wyznaczenie temperatury, w której gęstość wody jest największa
W jakiej temperaturze z zakresu od 0 °C do 20 °C gęstość wody jest największa?
Zapoznaj się z wyposażeniem, instrukcją obsługi i działaniem wirtualnego laboratorium. To jest propozycja dobrania sprzętu w celu wykonania naszego doświadczenia, ale w realnych warunkach możesz uczynić to w inny sposób. Wykonaj ćwiczenie dotyczące różnych wariantów wyposażenia laboratorium.
Gdyby tworzywo, z którego wykonana jest butelka miało duży współczynnik rozszerzalności cieplnej, to nie 1. można by było przeprowadzić, 2. szybsza, 3. fundamentalne, 4. przy obliczeniach, 5. niedokładność pomiaru, 6. wolniejsza, 7. lepkość wody, 8. przeszkodziłoby to w wykonaniu, 9. taka sama doświadczenia.
Kształt przekroju poprzecznego rurki zamontowanej w korku (kwadratowy lub okrągły) ma znaczenie 1. można by było przeprowadzić, 2. szybsza, 3. fundamentalne, 4. przy obliczeniach, 5. niedokładność pomiaru, 6. wolniejsza, 7. lepkość wody, 8. przeszkodziłoby to w wykonaniu, 9. taka sama w doświadczeniu.
Zbyt wąska rurka zamontowana w korku spowodowałaby, że 1. można by było przeprowadzić, 2. szybsza, 3. fundamentalne, 4. przy obliczeniach, 5. niedokładność pomiaru, 6. wolniejsza, 7. lepkość wody, 8. przeszkodziłoby to w wykonaniu, 9. taka sama wpływałaby zanadto na wynik doświadczenia.
Zbyt szeroka rurka zamontowana w korku spowodowałaby, że 1. można by było przeprowadzić, 2. szybsza, 3. fundamentalne, 4. przy obliczeniach, 5. niedokładność pomiaru, 6. wolniejsza, 7. lepkość wody, 8. przeszkodziłoby to w wykonaniu, 9. taka sama wpływałaby zanadto na wynik doświadczenia.
W odróżnieniu od naszego wirtualnym laboratorium, w realnych warunkach doświadczalnych reakcja na regulację temperatury byłaby 1. można by było przeprowadzić, 2. szybsza, 3. fundamentalne, 4. przy obliczeniach, 5. niedokładność pomiaru, 6. wolniejsza, 7. lepkość wody, 8. przeszkodziłoby to w wykonaniu, 9. taka sama.
Zaplanuj doświadczenie, które pozwoli na zweryfikowanie hipotezy badawczej. Plan pracy wpisz do dziennika.
Następnie wykonaj doświadczenie według swojego planu. Jeśli będziesz potrzebować miejsca do wpisania sposobu przeprowadzenia eksperymentu i wyniku końcowego – użyj formularza „Obserwacje”. Jeśli będziesz przeprowadzać serię pomiarów – wykorzystaj tabelę „Wyniki pomiarów”, którą należy wcześniej przygotować wpisując nagłówki kolumn wraz z jednostkami wielkości fizycznych. Nie musisz wykorzystać wszystkich kolumn.
Zasób interaktywny dostępny pod adresem https://zpe.gov.pl/a/D3nj9MZ21
Opracuj wyniki pomiarów i wpisz do formularza zwięzły raport z przeprowadzonego doświadczenia. Zawrzyj w nim między innymi informację, czy Twoja hipoteza badawcza potwierdziła się.
Nie możemy podpowiedzieć Ci, jak podsumować wyniki eksperymentu, gdyż nie wiemy, na który z wielu możliwych sposobów działania padł Twój wybór. Możemy tylko zasugerować, by wykorzystać informacje zawarte w e‑materiałach dotyczących niepewności pomiarowych wielkości mierzonych bezpośrednio i pośrednio oraz przedstawiania zależności w formie graficznej.
Wykres zależności gęstości wody od temperatury
Sporządzić wykres zależności gęstości wody od temperatury w zakresie od 0 °C do 20 °C i przeanalizować jego charakter.
Z poprzedniego doświadczenia wiadomo, w jakiej temperaturze gęstość wody jest największa. Postaw więc hipotezę dotyczącą charakteru badanej zależności. Wykonując poniższe polecenie sformułujesz swoją własną hipotezę badawczą, składającą się z dwóch części.
W zakresie temperatur od 8 C do 20 C wykres przebiega 1. jest, 2. nie jest, 3. liniowo, 4. nieliniowo.
Wprawdzie w doświadczeniu będziesz używać tych samych przyrządów, co poprzednio, ale pouczające będzie wykonanie poniższego ćwiczenia.
Sporządź i wpisz do formularza listę proponowanych przez Ciebie modyfikacji w wyposażeniu laboratorium do wyznaczania zależności gęstości wody od temperatury. Puść wodze fantazji – możesz uwzględnić zarówno te urządzenia, które pozwolą na dokładniejsze pomiary jak i takie, które po prostu ułatwią Ci pracę. Naszą propozycję znajdziesz w podpowiedzi, ale z pewnością Twoja lista będzie ciekawsza…
Zaplanuj samodzielnie przeprowadzenie eksperymentu realizującego problem badawczy. Weź pod uwagę swoje doświadczenia z poprzedniego eksperymentu, porady zamieszczone w części „Przeczytaj” oraz w materiale „Przedstawianie niepewności pomiarowych w formie graficznej”. Pamiętaj, że gęstość wody jest wielkością mierzoną pośrednio, co określa sposób wyznaczania jej niepewności pomiarowej.
Przed napisaniem ostatecznej wersji planu pracy, wykonaj próbną serię pomiarów i rozstrzygnij ewentualne problemy techniczne związane przeprowadzeniem eksperymentu, na przykład: Jak napełnić butelkę wodą, by możliwy był pomiar w całym zakresie temperatur?
Przygotuj dziennik doświadczenia. Wpisz plan pracy oraz nagłówki kolumn tabeli pomiarów. Pamiętaj o podaniu jednostek wielkości fizycznych. Nie musisz wykorzystać wszystkich kolumn.
Zasób interaktywny dostępny pod adresem https://zpe.gov.pl/a/D3nj9MZ21
Opracuj wyniki doświadczenia – sporządź wykres zależności gęstości wody od temperatury na papierze lub za pomocą programu komputerowego, jeśli nim dysponujesz. Pamiętaj o zaznaczeniu odcinków niepewności pomiarowych. Do formularza poniżej wpisz zwięzły raport z doświadczenia, który będzie zawierał między innymi informację, czy Twoja hipoteza badawcza potwierdziła się.
Zaplanuj i przeprowadź doświadczenie potwierdzające anomalną rozszerzalność objętościową wody w przedziale temperatur od 0Indeks górny oo C do 20Indeks górny oo C.
Zasób interaktywny dostępny pod adresem https://zpe.gov.pl/a/D3nj9MZ21
Na ekranie widoczny jest rysunek pomieszczenia w którym znajduje się pięciolitrowa butelka wody, kran i korek od butelki z przezroczystą rurką wystającą z góry. Kran znajduje się po lewej stronie ekranu. Butelkę oraz korek można przemieszczać. Po przemieszczeniu niebieskiej butelki pod kran i klikając lewym przyciskiem myszy na kran, butelka napełni się wodą. Po całkowitym jej napełnieniu użytkownik przeciąga myszką korek tak aby zamknąć butelkę. Z prawej strony ekranu widoczny jest termometr, który wskazuje temperaturę wody w granicach od zera do dwudziestu stopni Celsjusza. Użytkownik suwakiem na termometrze może wybrać wartość temperatury. W temperaturze zera stopni Celsjusza poziom wody pokrywa się z górną krawędzią czubka butelki. Jeżeli temperatura jest wyższa, objętość wody rośnie i zaczyna wypełniać przezroczystą rurkę wystającą z górnej części korka. Im wyższa jest temperatura, tym wyższy jest poziom wody w rurce.
Zastanów się, czy lepiej jest zacząć pomiary od największej, czy od najmniejszej temperatury?
Zastanów się, jakie są źródła niepewności pomiarowych w tym doświadczeniu. Oszacuj te niepewności podając niepewności graniczne wielkości mierzonych bezpośrednio.