Metodický pokyn = učitel

 

Tematické zařazení experimentu

• Šíření tepla vedením v látce
• Proudění látky

 

Cíl experimentu

• Cílem tohoto experimentu je ukázat, že voda je špatným vodičem tepla.

 

Poznámky k realizaci experimentu

• Při použití dvou teplotních čidel porovnejte teplotu vody u dna, když začne voda vřít kolem ponorného vařiče s teplotou vody po nalití do sklenice

 

Návod na zpracování dat

• Ponorný vařič musí být těsně pod hladinou.
• Teplotní senzory se nesmí dotýkat stěn ani dna sklenice.

 

Závěry z experimentu

• Po několika minutách ohřívání voda v okolí vařiče začne vřít. U dna se teplota nezměnila.
• Teplo se ve vodě snadno šíří prouděním, ovšem pouze vzhůru. Aby se stejně dobře šířilo i jinými směry (např. shora dolů), musela by voda být dobrým tepelným vodičem. To však není.

 

Trochu teorie

• Hustota vody závisí na její teplotě, od 3,98 °C do 100 °C klesá hustota vody s rostoucí teplotou. Pod 3,98 ⁰C dochází k anomálii (anomálie vody = voda má při 3,98 ⁰C 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.

 

Souvislost se životem, přírodou a praxí

• Když zahříváme část kapaliny, její hustota se zmenšuje a kapalina stoupá vzhůru. Výsledkem tohoto procesu je vznik proudů v kapalině.
• Proudění je hlavním způsobem přenosu tepla v tekutinách. Můžete jej vytvořit ve velké nádobě s vodou, kterou budete ohřívat na jednom místě, a zkoumat pomocí teplotních senzorů sami.
• Teplá voda se často používá pro přenos energie získané z hořícího paliva do všech pokojů v budově. Ústřední topné systémy využívají síly proudění, kdy je teplo přenášeno pumpami z jednoho místa na druhé bez teplotní změny během této cesty. Mnohé domácí topné spalovací systémy využívají přirozené proudění. Teplé plyny ze spalovacího procesu stoupají vzhůru přes bojler předtím, než jsou odvedeny do komína. Vzhůru proudící horké plyny umožňují rovnoměrné vtékání studeného vzduchu pro hořáky.
• Proudění v zemské atmosféře je největší příčinou vzniku oblaků, větru, bouří a jiných meteorologických jevů. Bílé nadýchané mraky se vytvářejí, když teplý vzduch proniká do chladnějšího vzduchu nahoru.
• Dramatická a velmi užitečná forma proudění se často objevuje za pěkných slunečných dnů, když slunce silně ohřívá zem. Vzduch, který je v kontaktu s teplou zemí, se ohřívá a stoupá vzhůru. Pokud jsou podmínky příznivé, teplý vzduch vytváří neviditelnou "bublinu", která uniká z povrchu a stoupá vzduchem vzhůru. Tyto bubliny stoupajícího ohřátého vzduchu, často nazývané termály, se pohybují rychlostí kolem 8 km / h, takže umožňují pěknou volnou jízdu nahoru. Piloti závěsných padáků a větroňů, jakož i někteří ptáci, vyhledávají termály a krouží dokola v nich. Pro kane, orla, pelikána a čápa představuje takové kroužení hlavní způsob letu. Tito ptáci mají v porovnání s tělem dlouhá křídla, a v nehybných vrstvách vzduchu takto létat nedokáží. Teplý proud ptáka ve velkých kruzích vynese velmi vysoko a pták se pak dopředu pohybuje plachtěním dolů, dokud nenarazí na další proud, který ho v kruzích opět vynese nahoru. Tímto způsobem může pták za den proletět velkou vzdálenost. Někteří stěhovaví ptáci takto postupně doplachtí až tisíce kilometrů daleko. Teplé proudy se obvykle nevyskytují nad většími vodními plochami a v noci. Až na výjimky se proto plachtící ptáci vyhýbají přeletem přes moře a nelétají ani v noci.