6. Zákon zachovania energie pri tepelnej výmene

Fyzikálny princíp:
Pri vzájomnej interakcii dvoch telies rozličnej teploty, uvedených do vzájomného kontaktu, sa začne teplota týchto telies meniť. Zo skúseností vyplýva, že po dostatočne dlhom čase sa teploty týchto telies vyrovnajú. Teleso, ktoré malo pôvodne vyššiu teplotu, odovzdáva časť svojej vnútornej energie druhému telesu, resp. okoliu a znižuje svoju teplotu. Druhé teleso, ktoré malo pôvodne nižšiu teplotu prijíma energiu a zvyšuje svoju vnútornú energiu, tým aj teplotu. Obyčajne hovoríme, že prechádza teplo z teplejšieho telesa na chladnejšie alebo, že dochádza k tepelnej výmene, ktorá prebieha dovtedy, kým sa teploty nevyrovnajú. Obidve telesá sú potom v stave termodynamickej rovnováhy.

Cieľ:
Ukázať platnosť zákona zachovania energie pre tepelnú výmen pri zmiešaní rôznych hmotností vody odlišných počiatočných teplôt.

Pomôcky:
izolovaná nádoba (termoska, kalorimeter), voda, varič, váhy, nádoba na zohrievanie vody, dve teplotné sondy, mikropočítač s prevodníkom a meracím panelom, program IP COACH

Príprava:
Vážením určíme hmotnosť termosky so zátkou a nalejeme do nej 200g studenej vody. Teplotnú sondu pripojenú k meraciemu panelu na kanál 1 upevníme do zátky termosky a vložíme ju do vody. Druhú sondu pripojenú na kanál 2 vložíme do nádoby, v ktorej sme zohriali 100ml vody do varu. Obidva kanály okalibrujeme na meranie teploty a dobu merania nastavíme na 500s.

Realizácia:
Spustíme meranie teploty v závislosti na čase. Vodu v obidvoch ná­dobách premiešame a opatrne vlejeme horúcu vodu do termosky tak, aby teplotná sonda 1 bola pri prilievaní ponorená do vody. Termosku uzavrieme zátkou a vodu premiešame. Po ustálení teploty vody v termoske vypneme meranie a výsledky uložíme na disk. Pri ďalšom meraní prilejeme k 200g studenej vody do termosky 200g, resp. 300g horúcej vody.

Spracovanie:
Odvážime termosku so zátkou a zmiešanou vodou, vypočítame hmotnosť horúcej vody, ktorú sme priliali do termosky. V programe Multiskop alebo Spracovanie určíme z grafu A teplotu t1 vody v kalorimetri pred priliatím horúcej vody a výslednú teplotu t po dosiahnutí rovnovážneho stavu. Z grafu B zistíme teplotu t2 horúcej vody pred priliatím. Vypočítame teplo Qo , ktoré odo­vzdala horúca voda pri ochladzovaní a teplo Qp, ktoré prijala studená voda pri zo­hrievaní. Porovnáme ich.

Otázka:
Aký je vzťah medzi teplom odovzdaným horúcou vodou a teplom prija­tým studenou vodou?