Мета. Дослідним шляхом переконатися, чи справджується рівняння теплового балансу під час змішування води різної температури.

Обладнання: калориметр, термометр, мірний циліндр чи мензурка, склянка, посудини з водою.

Теоретичні відомості

Як відомо, рівняння теплового балансу передбачає врахування у теплообмінному процесі всіх тіл, що взаємодіють. Проте на практиці це вдається зробити не завжди, оскільки можливі втрати теплоти в навколишнє середовище або інші процеси, тепловий ефект яких важко врахувати. Через це, досліджуючи теплообмінні процеси, зокрема, під час змішування води різної температури, важливо якомога зменшити такі втрати теплоти, тоді й результат буде надійнішим, і дослід більш досконалим.

Для цього найчастіше використовують калориметр, у якого подвійні стінки з повітряним прошарком, його теплопровідність мала порівняно з іншими тілами. Це зменшує обмін теплотою між калориметром і навколишнім середовищем, що дає змогу спростити рівняння, оскільки можна знехтувати одним із доданків. Крім того, виконувати дослід треба чітко, не гаючи часу на підготовчу роботу. Головне — це зафіксувати стан теплової рівноваги, про що свідчать сталі показання термометра.

Оскільки в шкільних умовах важко забезпечити високу точність вимірювань калориметричним методом, обчислення краще робити з двома значущими цифрами.

Виконання роботи

1. За допомогою мірного циліндра чи мензурки відміряйте в склянку приблизно 100 мл холодної води і виміряйте її температуру (бажано мати воду кімнатної температури).

2. Налийте в калориметр приблизно таку саму кількість гарячої води і виміряйте її температуру.

3. Обережно влийте зі склянки в калориметр холодну воду і після встановлення теплової рівноваги виміряйте температуру суміші.

4. Результати вимірювань запишіть у таблицю.

5. Обчисліть кількість теплоти Q₁, яку отримала холодна вода:

Q₁ = cm₁(t - t₁).

6. Обчисліть кількість теплоти Q_2, яку віддала гаряча вода:

Q₂ ⁼ cm₂(t₂ - t).

7. Порівняйте одержані значення і зробіть висновок.

Дайте відповіді на запитання

1. Яка роль повітряного прошарку в будові калориметра в цій лабораторній роботі?

2. Чому бажано холодну воду мати кімнатної температури?

3. Оцініть витрати теплової енергії на нагрівання навколишнього середовища в цій роботі. Поясніть результат.

Додаткові завдання

Розв’яжіть задачі

1. В калориметр налили 0,5 кг води при 20 °С. Скільки кип’ятка треба долити в калориметр, щоб в ньому встановилася температура 80 °С?

2. У порожній стальний чайник масою 400 г, температура якого 20 °С, налили 100 г окропу. Яка температура встановиться в чайнику?

3. Скільки треба змішати холодної води t₁ = 10 °С і гарячої t₂ = 90 °С води, щоб отримати m = 60 кг води з температурою t = 50 °С?