Режим тренировки Edu
Баллы скрыты. Решайте по частям: открывайте подсказки и ответ только когда застряли, отмечайте решённое.Оценка погрешностей в данной работе не требуется. Тем не менее, старайтесь проводить измерения тщательно и аккуратно. При ответе на качественные вопросы (3.1 – 3.3, 4.2) будьте предельно краткими – если сказано перечислить, то просто перечислите, без лишних комментариев.
В данной работе Вам необходимо исследовать процесс плавления льда в чистой воде и насыщенном растворе поваренной соли. Может, вы поймете, зачем зимой дороги посыпают солью!
Для вас приготовлено только 3 куска льда в холодильнике. Каждый кусок льда будет выдаваться по вашему требованию. Прежде чем приступать к измерениям дайте льду нагреться до температуры плавления.
Справка:
Плотность воды (и соляного раствора)
Плотность льда
Удельная теплоемкость воды
Считайте, что мощность теплообмена между водой в стакане и окружающей средой пропорциональна разности их температур.
1.1 Укажите в своей работе комнатную температуру.
Запиши температуру воздуха в комнате прямо перед началом эксперимента и зафиксируй её на листе.
Это просто указание — в работе укажи измеренное значение комнатной температуры
- Измерь температуру воздуха в лаборатории термометром.
- Запиши результат с указанием единиц и времени измерения.
- Используй это значение как
в дальнейших расчетах.
Измерения проводились при комнатной температуре
1.2 Укажите значение массы кусочка льда.
Перед тем как опустить лед в воду, измерь его геометрические размеры и вычисли объём по форме (или взвесь, если есть весы).
Свяжи объём с массой через плотность льда
- Измерь линейные размеры кусочка льда и оцени его объём как сумму простых геометрических тел.
- Вычисли массу
через . - Запиши полученное значение массы для подстановки в уравнение энергобаланса.
Примерная масса кусочка льда
1.3-1.4 Результаты измерений зависимости температуры воды от времени в течение плавления льда приведены в таблице 1 и на графике.
| 18,0 | 0 |
| 17,5 | 18 |
| 16,5 | 26 |
| 16,0 | 34 |
| 15,5 | 41 |
| 15,0 | 50 |
| 14,5 | 65 |
| 14,0 | 79 |
| 13,5 | 96 |
| 13,0 | 113 |
| 12,5 | 133 |
| 12,0 | 153 |
| 11,5 | 182 |
| 11,0 | 212 |
| 10,5 | 291 |
| 10,2 | 353 |
| 10,0 | 397 |
| 9,8 | 561 |
| 10,9 | 996 |
1.3 В таблице приведите результаты измерения зависимости температуры воды в стакане от времени.
1.4 Постройте график полученной зависимости.
1.5 Укажите, в каком временном диапазоне происходило плавление льда.
Определи на графике участок, где температура либо медленно падает до минимума, либо где скорость изменения температуры резко меняется — это период плавления.
Считай момент окончания плавления по достижению минимума температуры; момент начала можно взять либо ноль, либо ту точку, где скорость падения изменилась резко.
- Найди на графике минимум температуры и зафиксируй его время — это окончание плавления.
- Определи начало плавления как
или как момент, где кривая резко уходит вниз (чаще практично обозначить оба). - Запиши полученный временной диапазон плавления для дальнейших расчётов.
Судя по графику, плавление льда закончилось, когда температура воды достигла минимального значения, т.е. в момент времени
Допустимо также считать, что плавление началось не начальный момент времени, а при
1.6 Пренебрегая теплообменом стакана с окружающей средой, рассчитайте на основании своих экспериментальных данных удельную теплоту плавления льда. При расчетах можно считать, что масса воды в стакане значительно больше массы кусочка льда.
Теперь вам необходимо уточнить полученное значение удельной теплоты плавления, учитывая теплообмен с окружающей средой (через боковые стенки, дно стакана и свободную поверхность жидкости). Так как мощность теплообмена пропорциональна разности температур стакана и окружающей среды, то количество переданной теплоты, может быть выражено через определенную площадь на графике зависимости температуры от времени.
За время плавления льда температура воды понизилась от
1.7 Укажите, какая площадь на графике пропорциональна количеству переданной теплоты посредством теплообмена.
Прежде всего отметим, что в данном случае поток теплоты направлен из воздуха в воду, т.к. температура воды меньше, чем температура окружающей среды.
Мощность потока теплоты пропорциональна разности температур, поэтому может быть представлена в виде
1.8 Рассчитайте удельную теплоту плавления льда, учитывая теплообмен с окружающей средой.
3.1 Укажите основные физические факторы, влияющие на погрешность определения удельной теплоты плавления льда в данных экспериментах.
Перечисли главные источники погрешности коротко и по существу.
Укажи факторы: неточность массы льда, неопределённость начала/конца плавления, погрешности измерения температуры и времени, неравномерность смешивания.
- Перечисли основные факторы: 1) неточность определения массы льда; 2) неопределённость момента начала и окончания плавления; 3) погрешность термометра и времени; 4) неравномерность температуры в стакане (недостаточное перемешивание).
- Не добавляй объяснений — только перечисление.
Основными причинами возникновения погрешностей измерения удельной теплоты плавления являются:
- неточность определения массы льда;
- сложность определения начала и окончания плавления (следовательно, и изменения температуры воды). Остальные причины (погрешности измерения температур и времени, большой шаг времени и т.д.) вносят несущественные поправки.
3.2 От чего зависит скорость плавления льда в жидкости? Можно ли утверждать, что в соленой воде лед плавится быстрее?
Кратко перечисли, от чего зависит скорость плавления и можно ли утверждать преимущество солёной воды.
Скажи, что скорость зависит от перепада температур, площади поверхности льда и гидродинамики; экспериментально времена плавления близки, поэтому утверждать однозначно нельзя.
- Перечисли: 1) разность температур между жидкостью и льдом; 2) площадь поверхности льда; 3) конвективные условия (перемешивание, вязкость); 4) теплопроводность и состав жидкости.
- Заключи: на основе эксперимента нельзя твёрдо сказать, что лед в солёной воде плавится быстрее.
Скорость плавления льда зависит от многих факторов, главными из которых являются:
- разность температур воды и льда;
- размер кусочка льда (главным образом, площадь его поверхности);
- вязкости жидкости (от нее зависит эффективность перемешивания). Экспериментальные данные не позволяют утверждать, что в соленой воде лед плавиться быстрее – времена плавления оказываются примерно одинаковыми.
3.3 Какая физическая характеристика процесса плавления оправдывает использование соли для устранения гололеда на дорогах в зимнее время (или зачем дороги посыпают солью)?
Сформулируй одно предложение о физическом эффекте соли для борьбы с гололёда.
Напиши, что соль понижает температуру плавления льда (криоскопический эффект), то есть делает лёд менее устойчивым при данной температуре воздуха/покрытия.
- Кратко: соль понижает точку плавления и увеличивает скорость таяния при тех же условиях из-за снижения энергии, необходимой для перехода льда в воду.
Поэтому основным фактором влияния на процесс плавления является уменьшение удельной теплоты плавления.
4.1 Укажите, до какой минимальной температуры вам удалось охладить смесь таким образом?
При быстром смешивании льда с солью фиксируй минимальную температуру смеси термометром и зафиксируй время.
Это просто измерение — запиши минимальное достижимое значение температуры и время достижения.
- Проведи эксперимент аккуратно, измерь и запиши минимальную температуру смеси.
- Укажи значение без дополнительных рассуждений.
В указанных условиях температура смеси достигает отрицательных значений (в наших измерения до
4.2 Укажите физические причины, по которым смесь так быстро и сильно охлаждается.
Причинами такого сильного остывания являются:
- очень быстрое плавление из-за сильного перемешивания;
- малое количество теплоты, поступающего из воздуха из-за малости времени плавления;
- малое количество налитой воды, в которой происходит плавление;
- уменьшение температуры плавления при увеличении солености воды.
Похожие задачи
Экспериментальная задача 10-2
Вам необходимо исследовать процесс теплопередачи по металлическим стержням и трубке, заполненной водой. В качестве источника тепла используйте пламя …
У Р Б П ≈4/5 Э1
Измерение малой теплоемкости
Приборы и оборудование: Стакан с крышкой, термометр, сосуд с холодной водой, вода горячая, секундомер, мензурка, металлическое тело на …
У Р Б П ≈4/5 Э2
Изучение теплового расширения
В данной работе вам необходимо исследовать законы теплового расширения воды и воздуха. Плотность воды при комнатной температуре считайте равной …
У Р Б П ≈4/5 Э1
Поплавок в трубке
Приборы и материалы: секундомер с памятью этапов, штатив, трубка стеклянная со шкалой, гибкий силиконовый шланг с зажимом, набор из 4 пластиковых …
У Р Б П ≈4/5 Т2
Тепловая разминка
- В калориметре при общей температуре, равной температуре плавления льда
находится смесь воды и льда общей массой …
Терморезистор
Приборы и оборудование: терморезистор, термометр, мультиметр, секундомер, штатив, горячая и холодная вода в стаканах, алюминиевый …
У Р Б П ≈4/5