Измерение исследование изменения температуры воды при различных условиях

Q = c·m·ΔT, Qв + Q + Qср = 0

Цель работы

Сравнить изменение температуры воды при контролируемом изменении условий.

Теоретические сведения

Теплоёмкость и изменение температуры

Одинаковое количество теплоты по-разному нагревает тела разной массы и из разных веществ. Без фазового перехода:

Q = c \cdot m \cdot Δ T

$Q$ — полученная теплота (Дж);
$c$ — удельная теплоёмкость (Дж/(кг·°C));
$m$ — масса (кг);
$Δ T$ — изменение температуры (°C).

Произведение $c m$ называют теплоёмкостью тела. Чем она больше, тем меньше изменение температуры при одной и той же полученной энергии.

Изолированный сосуд

Без обмена с окружающей средой горячий цилиндр отдаёт столько энергии, сколько получает вода. При пренебрежимо малой теплоёмкости сосуда общая температура равновесия определяется:

T = \frac{c _{в} \cdot m _{в} \cdot T _{в 0} + c _{ц} \cdot m _{ц} \cdot T _{ц 0}}{c _{в} \cdot m _{в} + c _{ц} \cdot m _{ц}}

Индексы «в» и «ц» относятся к воде и цилиндру, индекс 0 — к началу опыта. Равновесная температура лежит между начальными температурами и ближе к температуре тела с большей теплоёмкостью.

Обмен с окружающей средой

Для закрытого и открытого сосудов нужно учитывать энергию, переданную комнате или полученную из неё:

Q_{в} + Q_{ц} + Q_{ср} = 0

Каждое слагаемое положительно, если соответствующая часть системы получает теплоту. В модели крышка меняет интенсивность теплообмена; кипение и испарение не рассматриваются. Для сравнения меняют одно условие за раз и сопоставляют температуры в одинаковые моменты по часам опыта. Скорость изменения температуры и её конечное значение характеризуют разные стороны процесса.

Подготавливаем формулы…

Порядок работы

Базовый опыт: изолированный сосуд, вода 0,25 кг при 20 °C, образец A массой 0,2 кг при 80 °C, наблюдение 600 с. Запишите температуры через одинаковые интервалы времени.
Повторяйте опыт, меняя только одно условие: массу воды, массу или материал цилиндра, начальную температуру цилиндра. Каждый раз возвращайте остальные условия к базовым.
Отдельно сравните изолированный, закрытый и открытый сосуды при температуре комнаты 20 °C. Сопоставьте графики, конечные температуры и скорость изменения. Эта работа трактует широкий заголовок источника как исследование теплообмена, без нагревателя и фазовых переходов.
Сформулируйте вывод по измерениям: укажите результат, сохранённые условия и ограничения модели.

Эксперимент

Таблица измерений

Записей: 0

Результаты измерений эксперимента
№	t, с	mв, кг	mц, кг	tв, °C	tц, °C	№	Действия

Пока нет измерений

Нажмите «Измерить» в эксперименте.

График

Ось XОсь Y₁Ось Y₂Вид графика

График появится после измерений

Ответ

В базовом опыте с изолированным сосудом, водой 0,25 кг при 20 °C и цилиндром A массой 0,2 кг при 80 °C измерьте температуру воды через 600 с. Ответ в °C до десятых.

Вопрос для размышления

Почему в открытом сосуде итоговая температура воды может оказаться ниже, чем в изолированном, даже при одинаковых начальных условиях?

Теплоёмкость и изменение температуры

Q = c \cdot m \cdot Δ T

$Q$ — полученная теплота (Дж);
$c$ — удельная теплоёмкость (Дж/(кг·°C));
$m$ — масса (кг);
$Δ T$ — изменение температуры (°C).

Изолированный сосуд

T = \frac{c _{в} \cdot m _{в} \cdot T _{в 0} + c _{ц} \cdot m _{ц} \cdot T _{ц 0}}{c _{в} \cdot m _{в} + c _{ц} \cdot m _{ц}}

Обмен с окружающей средой

Для закрытого и открытого сосудов нужно учитывать энергию, переданную комнате или полученную из неё:

Q_{в} + Q_{ц} + Q_{ср} = 0