1. TEPELNÁ KAPACITA - TEPLO A ZMENA TEPLOTY

Fyzikálny princíp:
Keď telesu dodávame teplo, môže nastať viacero zmien. Môže sa zmeniť teplota, skupenstvo alebo sa môžu uskutočniť chemické zmeny. Množstvo tepla, ktoré treba telesu dodať, aby sa zvýšila jeho teplota o jeden kelvin, nazývame tepelnou kapacitou C telesa.
Definujeme ju vzťahom C=Q/DT, resp C=Q/Dt  (1) vyjadrujúcim podiel dodaného tepla Q telesu a zmeny teploty Dt , ktorú toto teplo spôsobilo. Teplo do vody budeme dodávať prostredníctvom ponornej odporovej špirály, ktorú pripojíme na sieťové napätie 220V. Predpokladáme, že špirála pracuje s konštantným výkonom. Vynásobením výkonu špirály dobou t , po ktorú prechádza elektrický prúd špirálou, určíme množstvo tepla dodaného do vody  Q = P. t  (2). Ak nepoznáme výkon špirály, môžeme ho zistiť zo vzťahu P=U²/R, kde U je sieťové napätie a R je odpor špirály.

Cieľ:
Ukázať ako sa mení teplota telesa pri dodávaní tepla. Určiť tepelnú kapacitu 300 g vody.

Pomôcky:
izolovaná nádoba (350 ml), odmerný valec, voda, miešačka, stojan s držiakom, bežná ponorná špirála konštantného výkonu, teplotná sonda, mikropočítač s prevodníkom a meracím panelom, program IP COACH

Príprava:
Odmeriame odpor R špirály. Nalejeme 300 g studenej vody do izolovanej nádoby, predpokladajme, že 1 ml vody má hmotnosť 1 g. Umiestnime špirálu do vody a uistime sa, že výhrevné teleso špirály je zakryté vodou (t.j. voda siaha po značky na špirále). Teplotnú sondu, ktorá je uchytená na stojane, vložíme do vody tak, aby sa nedotýkala špirály (obr. 1) a pripojíme ju k meraciemu panelu na kanál 1, ktorý okalibrujeme na meranie teploty. Dobu merania nastavíme na 500 s.

Realizácia:
Po spustení merania pripojíme špirálu na sieťové napätie 220V. Vodu premiešavame a zároveň na monitore sledujeme zmeny teploty, ktoré zaznamenáva počítač. Keď dosiahne teplota vody 80˚C, vypneme špirálu a ukončíme meranie. Zaznamenané výsledky uložíme na disk.

Spracovanie:
Po prepnutí z Multiskopu do Tabuľkového kalkulátora doplníme do stĺpca s3 hodnoty tepelnej energie Q = P. t  (P=U²/R) dodanej za jednotlivé časové úseky, ktoré zostali zobrazené v stĺpci s1, aby sme mohli posúdiť ako sa menila teplota vody v závislosti od množstva dodaného tepla (STĹPEC/VZOREC/s3: 220*220/R*s1). Horizontálnej osi grafu B priradíme energiu dodanú vode (s3) a vertikálnej osi zmeny teploty (s2) prislúchajúce dodanej energii. Posúdime vzťah medzi dodaným teplom a zmenou teploty. Na záver určíme tepelnú kapacitu 300g vody napr. tak, že okalibrujeme osi grafu C opačne ako v grafe B a zistíme v programe Spracovanie množstvo tepla, ktoré prijala voda pri zohriatí o 1˚C, ako smernicu grafu C (ANALYZOVAŤ / SMERNICA). Priebeh teploty pri zohrievaní 300g vody špirálou výkonu 485W je na obr. 2. Príklad vzájomného vzťahu me­dzi teplom dodávaným vode hmotnosti 300g a teplotou vody je na obr. 3.