Typ: Vyklad
83397:úkol
Vaření vody shora
Obor: Člověk a příroda/Fyzika
Oblast dle RVP: Vnitřní energie, teplo/Šíření tepla prouděním látky
Mezipředmětové vztahy: Biologie
Klíčová slova: senzor teploty, tepelné proudění kapaliny
Pomůcky: vysoká nádoba z varného skla (alternativa může být zavařovací sklenice), topná spirála, teplotní senzor na kabelu
- Zadání:
Experimentální ověření malé tepelné vodivosti vody.
- Co je cílem:
Cílem tohoto experimentu je ukázat, že vaříme-li vodu u hladiny, u dna zůstává voda studená.
- Teorie:
Hustota vody závisí na její teplotě. Od 3,98°C do 100°C klesá hustota vody s rostoucí teplotou. Pod 3,980C dochází k anomálii (anomálie vody = voda má při 3,980C největší hustotu).
Co se děje při vaření vody ode dna
Vodu běžně ohříváme ode dna (například na plotně nebo ve varné konvici). Voda, která je níže, se ode dna ohřeje. Teplejší voda má menší hustotu, proto ohřátá voda stoupá nahoru. Studenější voda, která má větší hustotu, klesá dolů, kde se začne ohřívat. Voda tak v nádobě proudí a postupně se ohřívá veškerá voda v nádobě.
Co se děje při vaření vody shora
Začneme-li vodu zahřívat u hladiny, poroste její teplota a sníží se její hustota. Zahřátá voda s menší hustotou bude zůstávat u hladiny a chladnější voda, která má vyšší hustotu, zůstane u dna. Voda je špatným vodičem tepla. Proto vaříme-li vodu shora, dojde k tomu, že voda nahoře bude vřít a u dna bude zůstávat voda studená.
Shrnutí:
Teplo se ve vodě snadno šíří prouděním pouze směrem vzhůru. Aby se stejně dobře šířilo i jinými směry, musela by být voda dobrým tepelným vodičem. To však není.
- Postup:
Připravíme nádobu s vodou.
Varnou spirálu zapneme a držíme ji u hladiny.
Senzorem teploty měříme teplotu u hladiny, uprostřed a u dna nádoby.
- Technické poznámky:
Optimální je použití dvou teplotních čidel.
Při nalití vody do kádinky změříme její teplotu. Jeden teploměr umístíme v blízkosti dna, druhý u hladiny. Teplota měřená u dna se nemění, zůstává na původní teplotě.
Běžně se bude používat jeden teplotní senzor. Po nalití vody do sklenice (2 - 3l sklenice na zavařování) budeme postupovat takto:
- Změříme teplotu nalité vody.
- Teplotní senzor umístíme těsně ke dnu sklenice (senzor se nesmí dotýkat dna ani stěn).
3.Těsně pod hladinu umístíme ponorný ohřívač a zapneme. Během experimentu pozorujeme zahájení varu vody ve vrchní části sklenice.
- Zároveň měříme teplotu u dna. Tato teplota se nezměnila.
- Postupně vyndáváme teploměr ze spodní části sklenice a pozorujeme, co se děje s teplotou.
- Voda svoji teplotu nezměnila do okamžiku, kdy se senzor teploty dostal na úroveň ponorného ohřívače.
- Při překročení této hranice voda stoupla na teplotu varu.
- Při ponořování se teplota dostala na svoji původní hodnotu.
- Metodické poznámky:
Pokud bychom vodu naopak chtěli ochladit, je lepší chladit ji od hladiny. Chladnější voda s větší hustotou bude klesat ke dnu a teplejší bude stoupat vzhůru, kde se následně také ochladí.