Wirtualne laboratorium WL‑I
Badanie zmian temperatury podczas przemian fazowych
Wykorzystaj możliwości Wirtualnego Laboratorium i zbadaj, w jaki sposób temperatura ciała stałego zmienia się wraz z ilością dostarczonego ciepła . Jest ono dostarczane jednostajnie wraz z upływem czasu (grecka litera 't'; wymawiaj tau) ogrzewania ciała.
Zapoznaj się z dołączoną instrukcją i wykonaj pomiary, dzięki którym przygotujesz wykresy dla trzech dostępnych w laboratorium substancji: galu, parafiny i miedzi.
Przekonaj się, że analizując te wykresy możesz nie tylko określić z jakiego rodzaju ciałem stałym: krystalicznym, czy amorficznym, masz do czynienia? Możesz też oszacować jego temperaturę topnienia , a nawet wyznaczyć ciepło właściwe jego faz (stałej i ciekłej) oraz ciepło topnienia .
Obserwacja zmian temperatury próbek w trakcie ich ogrzewania
Celem obserwacji jest wstępne rozpoznanie charakterystycznych cech zmian temperatury różnych substancji podczas ich ogrzewania.
Na podstawie obserwacji możliwe jest rozpoznanie, czy substancja zmieniła stan skupienia.
Zapoznaj się z wyposażeniem Wirtualnego Laboratorium i wykorzystaj tę jego część, która jest niezbędna do przeprowadzenia obserwacji.
Dla potrzeb dalszej analizy ponumeruj substancje, poczynając od lewej strony. Uruchom podgrzewanie pierwszej substancji; wraz z nim uruchomi się pomiar czasu. Wybierz jedną z dwóch możliwości dalszego postępowania:
a) Możliwie szybko po tym uruchom podgrzewanie pozostałych dwóch substancji i obserwuj zmiany temperatury wszystkich trzech na raz.
b) Zakończ obserwację dla pierwszej substancji i dopiero po tym uruchom podgrzewanie drugiej. Po zakończeniu tej obserwacji uruchom podgrzewanie trzeciej substancji.
Obserwuj zmiany temperatury każdej z substancji. Zwróć uwagę na następujące aspekty tych zmian:
- Czy wzrost temperatury jest monotoniczny, czy też zdarza się, iż temperatura pozostaje przez dłuższy czas stała albo wręcz maleje?
- Czy tempo wzrostu temperatury jest jednakowe dla którejkolwiek pary substancji? A może jest jednakowe dla wszystkich trzech substancji?
- Czy wzrost temperatury sprawia wrażenie jednostajnego, czy też tempo wzrostu się waha?
Przeprowadź obserwację w Wirtualnym laboratorium. Przebieg i wyniki zapisz w Dzienniku obserwacji.
Zapisz także kolejność, w jakiej poszczególne substancje osiągały końcową temperaturę 80Indeks górny ooC. Oceń jakościowo, czy różnice czasów zakończenia podgrzewania były znaczące czy niewielkie w porównaniu z najkrótszym czasem podgrzewania. Zapisz tę ocenę; wykorzystasz ją w doświadczeniu 2.
Zasób interaktywny dostępny pod adresem https://zpe.gov.pl/a/DQZRoxcXH
Zajrzyj do tabelki właściwości badanych substancji. Na podstawie analizy podanych tam informacji podejmij próbę rozpoznania badanych substancji. Wynik analizy, wraz z odpowiednim uzasadnieniem, zapisz w Dzienniku badań.
Konstrukcja wykresów zależności temperatury próbek od czasu podgrzewania
Celem doświadczenia jest pomiar zależności temperatury podgrzewanej substancji od czasu jej podgrzewania ze stałą mocą .
a) Tempo wzrostu temperatury różnych substancji jest różne.
b) Tempo wzrostu temperatury tej samej substancji jest różne w różnych stanach skupienia.
c) W trakcie topnienia (zmiany stanu skupienia) temperatura substancji pozostaje stała, mimo jej podgrzewania.
Wykorzystaj wyposażenie Wirtualnego Laboratorium do sporządzenia wykresu, zgodnie z celem doświadczenia.
Dla każdej z dostępnych w laboratorium substancji wykonaj pomiary zależności jej temperatury od czasu ogrzewania . W tym celu, przed rozpoczęciem pomiarów dla każdej substancji, skorzystaj z przycisku „Wymień substancję”.
Zachowaj numerację substancji z pierwszego doświadczenia, a wstępne rozpoznanie każdej z nich wpisz do właściwej tabeli Dziennika pomiarów.
Po włączeniu palnika notuj w odpowiedniej tabeli Dziennika pomiarów czas ogrzewania i odpowiadającą mu temperaturę substancji. Korzystaj z możliwości „Zatrzymania czasu” dla spokojnego odczytu i zanotowania wyników.
Dla każdej z substancji wykonaj co najmniej 20 pomiarów w dostępnym przedziale temperatury. Nie muszą one być idealnie równomiernie rozłożone w całym przedziale. Istotniejsze jest, by wskazywały stany specyficzne - np. gwałtowne zmiany tempa zmian temperatury.
Zasób interaktywny dostępny pod adresem https://zpe.gov.pl/a/DQZRoxcXH
- Na postawie tabel sporządź, dla każdej substancji oddzielnie, wykres - temperatury w funkcji czasu.
- Oszacuj niepewność odczytu wartości czasu oraz temperatury i rozważ możliwość naniesienia na wykres odcinków niepewności pomiarowej tych zmiennych.
- Opisz charakterystyczne cechy każdego wykresu.
- Na podstawie wykresów, ich analizy oraz danych zawartych w tabelce właściwości badanych substancji, zweryfikuj wstępną ich identyfikację dokonaną w doświadczeniu 1.
Zapisz, w Dzienniku pomiarów, swoje rozumowanie oraz podaj stosowną argumentację.
W ostatnie sekcji Dziennika pomiarów zapisz podsumowanie swoich badań.
Zwróć uwagę na pewien aspekt przebiegu obserwacji oraz pomiarów, wzmiankowany w doświadczeniu 1. Spora różnica w czasie osiągania końcowej temperatury 80Indeks górny ooC przez poszczególne substancje powoduje, że przebieg eksperymentu przestaje być atrakcyjny, a może wręcz stać się nużący. Można temu zaradzić poprzez zamianę zmiennej niezależnej w prowadzonym pomiarze - wystarczy badać temperaturę substancji w funkcji ilości dostarczonego ciepła zamiast czasu podgrzewania .
Zaproponuj wyposażenie laboratorium, które zrealizuje ten cel. Zapisz swoje pomysły w ostatniej sekcji Dziennika pomiarów.
Opracuj postępowanie pozwalające wyznaczyć ciepła właściwe fazy stałej i ciekłej galu oraz jego ciepło topnienia . Wykorzystaj wykres sporządzony na podstawie pomiarów w wirtualnym laboratorium.
Porównaj uzyskane wartości z podanymi w tabelce właściwości badanych substancji.
W laboratorium znajdują się trzy identyczne układy badawcze, z których każdy składa składa się z palnika laboratoryjnego o stałej mocy piętnastu watów oraz umieszczonej nad nim zlewki. W każdym z tych układów podgrzewamy inną substancję: gal, miedź i parafinę. O tej samej masie wynoszącej zero przecinek zero trzy grama. W laboratorium mamy też stoper który można włączyć, wyłączyć lub zresetować w dowolnym momencie. Na podstawie obserwacji jak szybko wzrasta temperatura danej substancji wraz dostarczanym do układu ciepłem możemy ocenić, która z badanych substancji znajduje się, w którym naczyniu.
Ćwiczenie alternatywne. Podgrzewanie ciała stałego powoduje:
- wzrost jego temperatury
- spadek jego temperatury
- nie powoduje żadnych zmian temperatury
Ćwiczenie alternatywne. Przy takiej samej wartości ciepła dostarczanej równomiernie do dwóch ciał stałych o tej samej masie ciało o wyższym cieple właściwym nagrzeje się:
- szybciej
- wolniej
- oba ciała nagrzeją w tym samym tempie