2. TEPELNÁ KAPACITA - TEPLO A HMOTNOSŤ

Fyzikálny princíp:
K tomu, aby sa chemicky rovnorodé telesá rovnakej počiatočnej teploty, ale rôznych hmotností, ohriali na rovnakú teplotu potrebujú, aby im bolo dodané rôzne množstvo tepla, a to tým väčšie, čím väčšia je hmotnosť telesa. Možno preto písať C = c.m (1), kde c je konštanta úmernosti, nazývaná hmotnostná  tepelná kapacita (v nedávnej minulosti nazývaná merná tepelná kapacita).

Cieľ:
Ukázať vzájomný vzťah medzi teplom, ktoré treba dodať vode na určitú teplotnú zmenu a hmotnosťou vody.

Pomôcky:
izolované nádoby (150 ml, 250 ml, 350 ml), ponorná špirála konštantného výkonu, odmerný valec, tyčinka na miešanie, stojan s držiakom, teplotná sonda, mikropočítač s prevodníkom a meracím panelom, program IP-COACH

Príprava:
Postupujeme rovnako ako v príprave experimentu 1. Meranie začneme s 300g vody.

Realizácia:
Po spustení merania zapneme špirálu a začneme miešačkou premiešavať vodu. Súčasne sledujeme na obrazovke monitora zmeny teploty, ktoré zaznamenáva počítač. Keď dosiahne teplota vody 80˚C, vypneme špirálu a ukončíme meranie. Po uložení výsledkov na disk zopakujeme postup najprv pre 200g studenej vody a nakoniec pre 100g. Pred opätovným spustením merania nemeníme nastavenie, aby sme mohli na monitore porovnávať zmeny teploty pre rôzne hmotnosti. Meranie pre 300g môžeme vynechať, ak využijeme výsledky z predchádzajúceho experimentu, ktoré si pred meraním pre 200g vody vložíme spolu s nastavením do pamäte počítača. Merania pre 100g, 200g aj 300g by mali byť ukončené po uplynutí rovnakej doby od spustenia merania, aby sme nemali problémy pri spracovaní výsledkov v programoch Tabuľkový kalkulátor a Spracovanie. Pri meraní použijeme tri rôzne izolované nádoby, aby špirála bola úplne ponorená do vody.

Spracovanie:
Vytvoríme grafy, ktoré budú vyjadrovať vzťah dodaného tepla a teploty, pre jednotlivé hmotnosti vody. V programe Tabuľkový kalkulátor vložíme do stĺpca s3 hodnoty teploty pre 200g vody (SÚBOR/Výsledky/Vložiť/...). V stĺpci s2 máme zobrazené hodnoty teploty pre 100g vody, v stĺpci s1 doby merania teploty, ktoré zostali v pamäti pri prepnutí z Multiskopu. Do stĺpca s4 vložíme hodnoty teploty pre 300g vody podobne ako sme vložili pre 200g. Hodnoty tepelnej energie dodanej vode za jednotlivé časové úseky vpíšeme do stĺpca s5 (STĹPEC /VZOREC/s5: 220*220/R*s1) a označíme jednotlivé stĺpce vypísaním hlavičky. Grafy A, B, C okalibrujeme tak, že y-ovej osi priradíme teplotu pre jednotlivé hmotnosti a x-ovej osi priradíme vo všetkých prípadoch energiu (s5). Zobrazíme grafy závislosti teploty od množstva dodaného tepla pre 100g, 200g a 300g vody, porovnáme ich a pomocou programu Spracovanie určíme teplá Q₁, Q₂, Q₃ , ktoré sa spotrebovali na zmenu teploty 100g vody napr. o 40˚C, 200g o 40˚C a 300g o 40˚C tak, že odčítame veľkosť dodaného tepla pri teplote 65˚C a 25˚C pre všetky hmotnosti. Porovnáme teplo Q₁ s teplom Q₂ a teplom Q₃ . Určíme vzájomný vzťah medzi dodaným teplom a hmotnosťou pre rovnakú teplotnú zmenu tej istej látky. Uvážime zdroje tepelných strát v experimente. Príklad grafu, ktorý vyjadruje vzťah medzi dodaným teplom vode hmotnosti 100g, 200g, 300g a teplotou vody je na obr. 1.  

Poznámka:
Ak sme merania neukončili po rovnakom čase, vzniknú v stĺpcoch, do ktorých vkladáme výsledky, prázdne bunky. Pri prechode z programu Tabuľkový kalkulátor do programu Spracovanie sa neprenesú riadky, v ktorých sú prázdne bunky a grafy sa nezobrazia celé. Keď nebudeme môcť odčítať hodnoty tepla pri teplote 65˚C, zmeníme teplotný interval, pomocou ktorého budeme určovať Q₁, Q₂ a Q₃, alebo spracovanie urobíme pre jednotlivé merania osobitne tak, že vložíme do Tabuľkového kalkulátora nastavenia a výsledky len z jedného merania, doplníme stĺpec dodanej energie a určíme Q₁, vložíme ďalšie výsledky a zistíme Q₂, resp. Q₃.