9. Rozdielna teplotná objemová  rozťažnosť  kvapalín

Pomôcky :

Sklenené banky, zafarbená voda, sklenené trubice, zátky, horúca voda,

Realizácia:

V tomto pokuse budeme používať ortuť, preto je potrebné dodržiavať všetky bezpečnostné opatrenia týkajúce sa práce s jedmi. Do rovnakých sklenených baniek dáme rôzne kvapaliny, napr.: vodu, lieh a ortuť. Banky tesne uzatvoríme gumovými zátkami, ktorými prechádzajú rovnaké sklenené trubice. V bankách pritom nesmie zostať vzduch. Snažíme sa dosiahnuť rovnakú výšku kvapalín, a tú označíme gumovými krúžkami. Banky dáme do sklenenej vaničky a nalejeme do nej horúcu vodu. Na hladinách vody v trubiciach pozorujeme, že kvapaliny zvyšovaním teploty zväčšujú svoj objem. Po vyrovnaní teplôt medzi vodou vo vaničke a kvapalinami v bankách môžeme porovnať teplotnú objemovú rozťažnosť použitých kvapalín, podľa rôzneho zvýšenia hladín kvapalín v trubiciach.

Fyzikálna interpretácia:

Rozdielne kvapaliny majú rôznu teplotnú objemovú rozťažnosť, ktorá je vyjadrená rôznymi hodnotami súčiniteľov teplotnej objemovej rozťažnosti. Prejaví sa to rôznym zvýšením hladín kvapalín v trubiciach. Počkať na vyrovnanie teplôt je potrebné kvôli tomu, že rýchlosť stúpania kvapalín je ovplyvnená nielen súčiniteľom teplotnej objemovej rozťažnosti, ale aj mernou tepelnou kapacitou a tepelnou vodivosťou použitých kvapalín. Pri použití vody a ortuti má ortuť menší súčiniteľ teplotnej objemovej rozťažnosti ako voda, predsa však zo začiatku zväčšuje svoj objem rýchlejšie ortuť. Je to spôsobené hlavne tým, že voda má niekoľkonásobne menšiu tepelnú vodivosť ako ortuť. ( Súčiniteľ tepelnej vodivosti pre vodu je 0,598 W.m^-1.K^-1, pre ortuť je 8,2 W.m^-1.K^-1.) To znamená, že je potrebný dlhší čas na prenos tepla do celého objemu vody v banke, než u ortuti. Rýchlejší počiatočný nárast stĺpčeka ortuti v trubici je spôsobený aj rôznou mernou tepelnou kapacitou týchto dvoch kvapalín. ( Merná tepelná kapacita vody je 4181,8 J.kg^-1.K^-1, pre ortuť je to 139,4 J.kg^-1.K^-1.) Voda potrebuje niekoľkonásobne viac tepla na zväčšenie teploty o 1°C, než ortuť.

Vzduch v banke sa nesmie nachádzať preto, lebo by sa prejavovala aj teplotná objemová rozťažnosť vzduchu, ktorá je veľmi veľká. ( Súčiniteľ teplotnej objemovej rozťažnosti vzduchu je g = 3,6728.10^-3 K^-1, pričom súčiniteľ teplotnej objemovej rozťažnosti vody je g = 0,207.10^-3 K^-1.)

Realizačná poznámka:

Hladiny stĺpcov kvapalín v trubiciach nastavíme vhodným zatlačením zátky. Zátka na banke s ortuťou musí byť zatlačená veľmi pevne, pretože rozpínajúca ortuť ju môže vytlačiť.

Ak nalejeme do vaničky studenú vodu a zohrievame ju ponorným varičom, musíme vodu premiešavať, aby sme zabezpečili jej rovnakú teplotu vo všetkých častiach vaničky.

Metodická poznámka:

Poukazujeme, na zaujímavý fyzikálny jav, že počas ohrievania kvapalín je aktuálna výška hladín kvapalín v trubiciach iná ako je výsledný stav.

Otázky :

1. Ako fyzikálne odôvodnite pozorovaný jav, že počas ohrievania kvapalín je aktuálna výška hladín kvapalín v trubiciach iná ako je výsledný stav