Тема: Вивчення теплового балансу за умови змішування води різної температури.
Мета: визначити кількість теплоти, віддану гарячою водою, і кількість теплоти, одержану холодною водою, у результаті змішування води різної температури; порівняти результати.
Обладнання: мірний циліндр; термометр; калориметр; склянка з холодною водою; склянка з гарячою водою; паперові серветки; мішалка.
Опрацювання результатів експерименту
Визначаємо масу холодної води $m_1$ та кількість теплоти $Q_1$, яку вона одержала:
$ m_1 = \rho \cdot V_1 = 1 г/мл \cdot 70 мл = 70 г = 0,07 кг$
$ Q_1 = c \cdot m_1 \cdot (t – t_1)$
$ Q_1 = 4200 \frac{Дж}{кг \cdot °C} \cdot 0,07 кг \cdot (50 °C – 15 °C) = 10290 Дж$
Визначаємо об’єм $V_2$ і масу $m_2$ гарячої води та кількість теплоти $Q_2$, яку вона віддала:
$ V_2 = V – V_1 = 170 мл – 70 мл = 100 мл$
$ m_2 = \rho \cdot V_2 = 1 г/мл \cdot 100 мл = 100 г = 0,1 кг$
$ Q_2 = c \cdot m_2 \cdot (t_2 – t)$
$ Q_2 = 4200 \frac{Дж}{кг \cdot °C} \cdot 0,1 кг \cdot (80 °C – 50 °C) = 12600 Дж$
Таблиця результатів
| Температура води, °C | Об’єм води, мл | Маса води, кг | Кількість теплоти, Дж | ||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| $t_1$ | $t_2$ | $\Delta t$ | $V_1$ | $V$ | $V_2$ | $m_1$ | $m_2$ | $Q_1$ | $Q_2$ |
| 15 | 80 | 50 | 70 | 170 | 100 | 0,07 | 0,1 | 10290 | 12600 |
Аналіз результатів експерименту
а) Порівняйте кількість теплоти, віддану гарячою водою, і кількість теплоти, одержану холодною водою
Кількість теплоти, віддана гарячою водою $Q_2 = 12600$ Дж, більша за кількість теплоти, одержану холодною водою $Q_1 = 10290$ Дж.
б) Зазначте причину можливої розбіжності результатів
Розбіжність $Q_2 > Q_1$ виникає через те, що частина енергії від гарячої води передалася калориметру та навколишньому середовищу. Це теплові втрати під час експерименту. Рівняння теплового балансу $Q_1 = Q_2$ не виконується через взаємодію з довкіллям.