Metodický pokyn = učitel

Tematické zařazení experimentu

• teplo
• teplo přijaté nebo odevzdané tělesem
• změna vnitřní energie tělesa při tepelné výměně

Cíl experimentu

• Cílem experimentu je demonstrovat tepelnou výměnu mezi dvěma tělesy s různými počátečními teplotami.

Poznámky k realizaci experimentu

• Části kteréhokoliv izolovaného systému mohou být v tepelném kontaktu s jinými částmi, aniž došlo k jejich smíchání. Pokud tyto části mají různé teploty, budou navzájem interagovat, dokud systém nenabude stejnou teplotu. Tento jev lze demonstrovat s využitím dvou kádinek s vodou různé počáteční teploty.
• Experiment nevyžaduje nějaké speciální hodnoty objemů používaných kádinek nebo počátečních teplot vody, lze např. použít kádinky s objemy 200 ml a 400 ml. Při počátečních teplotách kolem 60 ° C a 10 ° C se teploty vyrovnají přibližně po deseti minutách. Abychom předešli tepelným ztrátám, je vhodné větší z kádinek izolovat.

Návod na zpracování dat

• Analýza vyžaduje jen jednoduché srovnání získaných křivek a určení výsledné teploty systému.

Závěry z experimentu

• Atomy a molekuly teplejšího tělesa odevzdávají část své energie přímo částicím chladnějšího tělesa. Proto těleso s vyšší teplotou předává teplo tělesu s nižší teplotou. Tepelná výměna se zastavuje, když jsou teploty obou těles stejné. Výsledná teplota závisí na poměru hmotností jednotlivých částí systému.

Žákovské aktivity

• Předpovídání a hledání výsledné teploty sytému.

Souvislost se životem, přírodou a praxí

• Dvě tělesa mohou na sebe vzájemně působit různými způsoby. Některé z těchto působení jsou velmi záhadné: navenek se neděje vůbec nic, mezi tělesy nedochází k žádné výměně hmoty. Ale i přesto se něco děje. Teplota obou těles se mění.
• Když jsou dvě tělesa s různými teplotami v přímém kontaktu, začne mezi nimi docházet k výměně tepla. Těleso s vyšší teplotou předává teplo tělesu s nižší teplotou. Tepelná výměna se zastaví, když jsou teploty obou těles stejné.
• Pokud tepelná výměna probíhá mezi dvěma částmi téhož tělesa, které mají různé teploty, mluvíme o tepelné výměně vedením.
• Tepelná výměna je jedním z fyzikálních procesů, kterým si vyměňují teplo zvířata se svým okolím. Zvířata využívají tento proces v případech, kdy se chtějí chránit před přehřátím, jakož i v případech, kdy se chrání před zimou. První případ můžeme uvést na příkladu brouků, kobylek a štírů. Ti zvedají svá těla tak vysoko, jak jen to jde, aby minimalizovaly příjem tepla ze země. Ještěrky zajímají vztyčený postoj (natažené nohy a zvednutý ocas), aby snížili vedení tepla od horkého povrchu, když se chtějí ochladit. Naopak, když se chce ještěrka ohřát, přitiskne své tělo těsně na teplý povrch, aby mohlo přijímat teplo vedením.
• Vedení tepla lze snížit použitím dobrého izolačního materiálu. Kousek kožešiny může mít stejnou teplotu jako kousek oceli (např. -20 ° C), ale když si ho přidržíme při líci, kožešina se nám nebude zdát studená. Je to proto, že kožešina neodvádí teplo pryč z naší tváře. Ocel by vám na tváři přimrzla.