23. SKUPENSKÉ ZMENY VODY

Fyzikálny princíp:
Ľad a vodu budeme zohrievať prostredníctvom elektrickej odporovej špirály vyrobenej z manganínového drôtu, ktorého odpor sa s teplotou mení veľmi málo (výkon elektrického prúdu prechádzajúceho špirálou bude kon­štantný) . Špirála dodá vode za čas τ teplo Q=U.I.τ, kde U je napätie na špirále a I je prúd prechádzajúci cez špirálu.

Cieľ:
1. Ukázať priebeh teploty pri dodávaní konštantného množstva tepla ľadu, resp. vode, ktorá vznikne roztopením ľadu.
2. Určiť hmotnostnú tepelnú kapacitu ľadu a vody.
3. Určiť skupenské teplo topenia ľadu.

Pomôcky:
odporová špirála z manganinového drôtu (R=0,7Ω) , ľad, váhy, termoska s korkovou zátkou, na ktorej je upevnený držiak odporovej špirály, dve teplotné sondy, mikropočítač s prevodníkom a meracím panelom, program IP COACH, zdroj elektrického prúdu (6A/5V), ampérmeter, voltmeter (môže byť nahradený počítačom)

Príprava:
Zistíme hmotnosť prázdnej termosky so zátkou a špirálou a určíme jej tepelnú kapacitu. Naplníme ju poriadne rozdrveným ľadom (200g), uzavrieme a opäť odvážime. Prírastok hmotnosti je rovný hmotnosti ľadu. Do termosky umiestnime dve teplotné sondy pripojené k meraciemu panelu na kanály 1, 2 okalibrované na meranie teploty, jednu do stredu cievky – odporovej špirály, druhú z vonkajšej strany. Zostavíme obvod podľa schémy na obr. 1 a dobu merania nastavíme na 2 hodiny.

Realizácia:
V programe Multiskop spustíme meranie teploty v závislosti na čase a uzavrieme obvod. Na monitore sledujeme priebeh teploty v termoske. Keď sa voda zohreje do varu, ukončíme meranie a výsledky uložíme na disk.

Spracovanie:
Z nameraných priebehov teploty zistíme v programe Spracovanie časový interval potrebný na zohriatie ľadu o 1˚C, dobu skupenskej premeny ľadu (začiatok a koniec skupenskej premeny zistíme porovnaním obidvoch priebehov teploty) a čas potrebný na zohriatie vody o 1˚C, aby sme mohli s uvážením známeho výkonu špirály vypočítať hmotnostnú tepelnú kapacitu ľadu, hmotnostné skupenské teplo topenia ľadu a hmotnostnú tepelnú kapacitu vody. Príklad priebehu teploty pri skupenských premenách vody je na obr. 2.