- Posnetek poskusa
- Graf
- Pravilno
- Primerjaj grafa
- Popravite izbiro grafa
- Konec naloge o grafu
- Graf
- Primerjaj grafa
- Graf
- Konec naloge o grafu m(t)
- Moč grelca
- Pomoč 2
- Dovedena toplota pri segrevanju
- Čas segrevanja
- Moč grelca
- Konec naloge o moči grelca
- Masa izparele vode
- Pomoč 2
- Dovedena toplota
- Masa izparele vode
- Preverjanje vrednosti
- Konec naloge o masi izparele vode
- Kakšen bi bil graf temperature za olje
- Konec naloge o primerjavi grafa za olje in vodo
- Kakšen bi bil graf teže za olje
- Konec naloge o primerjanju grafov za olje in vodo
- Konec naloge
Gretje in izparevanje
Gretje in izparevanje
Gorazd Planinšič, Peter Gabrovec, Sergej Faletič
srednja
20-45 min
Kazalo
Posnetek poskusa
Slike prikazujejo poskus, na katerega bodo vezana vsa nadaljna vprašanja.
Grelnik vode stoji na treh silomerih, ki služijo namesto tehtnice (merijo težo). Njihove vrednosti so seštete, tako da kažejo celotno težo vode. Teža naprave je že odšteta. V vodo v grelniku je potopljen termometer (tako da se ne dotika grelca v vodi) in meri temperaturo vode. Voda se že zaradi gretja dovolj meša, da dodatno mešanje ni potrebno.
Pozorno si oglejte slike, izrezane iz video posnetka. Kjerkoli bo to potrebno za reševanje naloge, si jih boste lahko ponovno ogledali. Na slikah je označen tudi čas od začetka posnetka.
Vodo še dotakamo. Nekje med oznakama in je majhna kroglica (označena s puščico), ki označuje višino gladine. (00:30 min)
Posoda je napolnjena do približno enega litra. Prižgemo grelec. (01:11 min)
Voda začne vreti in grelec se začne tresti. Sliši se zvok, a brbotanja mehurčkov še ni. (04:06 min)
Začne se brbotanje mehurčkov. (04:10 min)
Grelec se samodejno ugasne. (06:45 min)
Posnetek poskusa
Slike so izrezane iz video posnetka. Na njih je naveden tudi čas od začetka posnetka.
Če si želite ogledati celoten posnetek, po zaprtju okna izberite ogled video posnetka.
|
| Vodo še dotakamo. Nekje med oznakamo in je majhna kroglica (označena s puščico), ki označuje višino gladine. |
|
| Posoda je napolnjena do približno enega litra. Prižgemo grelec. |
|
| Voda začne vreti in grelec se začne tresti. Sliši se zvok, a brbotanja mehurčkov še ni. |
|
| Začne se brbotanje mehurčkov. |
|
| Grelec se samodejno ugasne. |
Posnetek poskusa
Posnetek traja 8:38 minut. Pomembne spremebe se zgodijo okoli 1:05, 4:00 in 6:40 minut.
Graf
Napovejte graf (temperature v odvisnosti od časa) za to meritev. Privzemite, da grelec greje s kostantno močjo.
Model napoveduje lomljen prehod v
konstantno temperaturo, kar se, seveda, ne zgodi, a prehod je zelo
kratek.
Pravilno
Primerjaj grafa
Oglejte si graf dejanske meritve.
Vaša izbira:
Graf dejanske meritve:
Poskusite izmed ponujenih možnosti izbrati tisto, ki se najbolje ujema z izmerjenim grafom.
Popravite izbiro grafa
Izmed ponujenih možnosti izberite tisti graf, ki se najbolje ujema z izmerjenim.
Odlično. Lahko nadaljujemo.
Ni pravi. Dobro si oglejte graf meritve in vse možnosti in poskusite ponovno.
Izmed skic, ki so na voljo, se z meritvijo najbolje ujema ta:
,
Prevoj je v resnici nekoliko bolj gladek kot na skici, a to je edini graf, ki je sestavljen iz dveh ravnih (ne ukrivljenih) odsekov in ima drugi del vodoraven.
Konec naloge o grafu
Zaključili ste nalogo o grafu .
Graf
Napovejte graf za (maso tekoče vode v odvisnosti od časa).
Na sliki je že skica grafa . Izberite ustrezen graf .
Primerjaj grafa
Oglejte si graf dejanske meritve. Primerjajte ga s svojo izbiro. Ali se grafa ujemata?
Naprava meri težo (ne mase) in je bila nastavljena tako, da je kazala nič, ko je bil vrč prazen.
Vaša izbira:
Izmerjeni graf:
Pravilno
Res je, grafa se ujemata v vseh pomebnih lastnostih (konstanten do vretja, nato linearno pada).
Šum, ki se ga vidi na meritvi je posledica vretja.
Dobro opravljeno, pojdimo naprej.
Kako je šum posledica vretja?
Šum (neurejena razmazanost črte okoli povprečne vrednosti), ki se ga vidi na meritvi je posledica vretja. Iz izkušenj mogoče že veste, da se grelniki tresejo med vretjem.
To je posledica mehurčkov plina, ki niso enakomerno porazdeljeni in ves čas uhajajo. Vsakič, ko mehurček zapusti kapjevino, nanj preneha delovati sila vzgona v kapjevini in s tem tudi nasprotno enaka sila na podlago. Ker je izparevanje neenakomerno, se to pozna kot šum in zato se tudi posoda trese.
Vse to, seveda, silomeri zaznajo.
Program vam bo omogočil, da ponovno izberete skico, zdaj, ko ste videli graf meritve.
Če se ne morete odločiti, izberite tisto, ki se vam zdi najbolj podobna izmerjenemu grafu.
Še enkrat si oglejte skico in graf meritve. Bodite pozorni na pomembne lastnosti (kje je graf raven, kje ukrivljen, kje mogoče celo vodoraven, kakšen je prevoj, ...)
Tudi v drugem poskusu niste uspeli izbrati skice, ki bi se ujemala z izmerjenim grafom v pomembnih lastnostih.
Skica, ki se najbolj ujema z grafom meritve, je
Na grafu dejanske meritve je v drugem delu nekaj popačenja, ker se vrč med vretjem trese.
Graf
Narisan je graf meritve. Katera od skic najbolje ustreza temu grafu?
Konec naloge o grafu m(t)
Zaključili ste nalogo o grafu m(t).
Moč grelca
Izračunajte moč grelca. Rezultat zapišite spodaj. Poskrbite, da bo v navedenih enotah.
Prikaži slike iz video posnetka Prikaži video posnetek poskusa (8:38 min) Prikaži graf meritve temperature Prikaži graf meritve teže Prikaži podatke, ki jih lahko poiščemo v literaturi
Podatki
Podatki za vodo:
gostota:
specifična toplota:
specifična izparilna toplota:
specifična talilna toplota:
Graf
Graf
OPOMBA: Naprava meri težo (ne mase) in je bila nastavljena tako, da je kazala nič, ko je bil vrč prazen.
Moč ni pravilno izračunana ali ni v pravih enotah. Program dovoljuje 5% napako. Poskušajte biti dovolj natančni.
Poskusite ponovno. Če potrebujete pomoč, kliknite na gumb "Pomoč"
Žal tudi v drugem poskusu niste uspeli pravilno izračunati moči, zato vas bo program vodil do rezultata po korakih.
Pomoč
- Moč grelca je povezena s segrevanjem vode.
- Privzeli bomo, da se vsa moč, ki jo troši grelec, sproti porablja kot toplotni tok, ki segreva vodo, tako da sta moč grelca in toplotni tok, ki segreva vodo enaka.
- Premislite, kakšna je zveza med toplotnim tokom in toploto ter toploto in temperaturo vode.
Pomoč zadostuje, nazaj na izračun moči Potrebujem še malo pomoči
Pomoč 2
Toplotni tok je toplota dovedena (ali odvedena) v časovni enoti. , kjer je toplotni tok, dovedena (ali odvedena) toplota in čas, v katerem se je to zgodilo.
Če hočemo izračunati moč (ki je enaka toplotnemu toku), moramo torej poznati dovedeno toploto in čas, v katerem je bila dovedena.
Ali si lahko do neznanih vrednosti pomagamo z grafom?
Dovedena toplota pri segrevanju
Da bi izračunali moč grelca, moramo vedeti, koliko toplote smo dovedli in v kolikšnem času.
Izračunajte, koliko toplote je prejela voda med celotnim segrevanjem (do vretja)
Prikaži slike iz video posnetka Prikaži video posnetek poskusa (8:38 min) Prikaži graf meritve temperature Prikaži graf meritve teže Prikaži podatke, ki jih lahko poiščemo v literaturi
Kako izračunamo dovedeno toploto Zdi se mi, da nimam dovolj podatkov
Pomoč
Za segrevanje uporabljamo zakonitost
,
kjer je dovedena toplota, masa segrevanega telesa, specifična toplota segrevane snovi in spremeba temperature zaradi dovajanja toplote.
Pomoč
Podatke o snovi (snovne konstante), ki bi jih sicer lahko dobili v literaturi, dobite s klikom na ustrezen gumb.
Edini podatek, ki ni posebej naveden, je masa vode, a to lahko dobite iz slik ali posnetkov poskusa ali iz grafa teže od časa.
Napačno
Žal, toplote niste pravilno izračunali.
Program dovoljuje 5% odstopanje od predvidene vrednosti. Poskušajte biti dovolj natančni.
Premislite, kaj se spremeni, ker dovajamo toploto. Premislite, kje bi to spremembo odčitali z grafa. Upoštevajte, da so ponekod pomembne spremembe, ne vrednosti same. Pazite na enote.
Odgovor
Žal tudi v drugem poskusu niste uspeli pravilno izračunati dovedene toplote.
Za segrevanje uporabljamo zakonitost
,
kjer je dovedena toplota, masa segrevanega telesa, specifična toplota segrevane snovi in spremeba temperature zaradi dovajanja toplote.
Spremembo temperature odčitamo z grafa.
Maso poznamo, ker vemo, da imamo približno vode in poznamo njeno gostoto. , kjer je gostota vode in njena prostornina.
Specifično toploto dobimo iz podatkov: .
Za dovedeno toploto dobimo
Opomba: to velja za prvi del – segrevanje. V drugem delu, izparevanju, segrevanja ni več, temperatura je konstantna, zato za tisti del ta enačba sploh ne velja.
Čas segrevanja
Ugotovite, koliko časa je trajalo segrevanje (do vretja).
Prikaži slike iz video posnetka Prikaži video posnetek poskusa (8:38 min) Prikaži graf meritve temperature Prikaži graf meritve teže Prikaži podatke, ki jih lahko poiščemo v literaturi
Napačno
Žal, časa niste pravilno določili.
Program dovoljuje 5% odstopanje od predvidene vrednosti. Poskušajte biti dovolj natančni.
Časa ne morete izračunati, lahko pa ga odčitate na več načinov:
- iz posnetka ali slik posnetka,
- iz obeh grafov.
Odgovor
Žal tudi v drugem poskusu niste uspeli pravilno določiti časa segrevanja.
Iz grafa odčitamo čas takole:
odčitamo lahko
Opomba: to velja za prvi del – segrevanje. V drugem delu, izparevanju, segrevanja ni več, temperatura je konstantna, zato za tisti del ta enačba sploh ne velja.
Moč grelca
Sedaj imamo dovedeno toploto in čas segrevanja. (Podane so vrednosti, ki jih ima program zapisane kot pravilne, tudi če so vaše bile potrjene kot pravilne.)
Izračunajte moč grelca
Moč ni pravilno izračunana ali ni v pravih enotah. Program dovoljuje 5% napako (glede na podatke, ki ste jih vnesli). Poskušajte biti dovolj natančni.
Žal tudi v drugem poskusu niste uspeli pravilno izračunati moči.
Moč se izračuna po enačbi .
Pravi rezultat je
.
Konec naloge o moči grelca
Zaključili ste nalogo o določanju moči grelca.
Masa izparele vode
Izračunajte, koliko vode je izparelo med vretjem, če vemo, da je moč grelca
Prikaži slike iz video posnetka Prikaži video posnetek poskusa (8:38 min) Prikaži graf meritve temperature Prikaži graf meritve teže Prikaži podatke, ki jih lahko poiščemo v literaturi
Podatki
Podatki za vodo:
| gostota | |
| specifična toplota | |
| specifična izparilna toplota | |
| specifična talilna toplota |
Masa izparele vode ni pravilno izračunana ali ni v pravih enotah. Program dovoljuje 5% napako. Poskušajte biti dovolj natančni. Poskusite ponovno. Če potrebujete pomoč, kliknite na gumb "Pomoč"
Pomoč
Voda izpareva med vretjem.
Privzeli bomo, da se vsa moč, ki jo troši grelec, sproti porablja kot toplotni tok, zaradi katerega voda vre, tako da sta moč grelca in toplotni tok, ki povzroča vretje, enaka.
Premislite, kakšna je zveza med toplotnim tokom in dovedeno toploto ter dovedeno toploto in izprelo maso.
Pomoč zadostuje, nazaj na izračun izparele mase Potrebujem še malo pomoči
Pomoč 2
Masa izparele vode je povezana z dovedeno toploto po zakonitosti
,
kjer je dovedena toplota, masa snovi, ki je izparela, specifična izparilna toplota.
Če vemo, koliko toplote smo dovedli, vemo, koliko mase je izparelo.
Pomoč zadostuje, nazaj na izračun izparele mase Želim nadaljevati po korakih
- Za izparevanje dobimo enačbo .
Z grafom si pomagamo odčitati čas.
.
Od tod lahko izračunamo maso izparele vode
Dovedena toplota
Da bi izračunali, koliko vode je izparelo med vretjem, moramo vedeti, koliko toplote smo dovedli.
Izračunajte, koliko toplote smo dovedli vodi med vretjem.
Prikaži slike iz video posnetka Prikaži video posnetek poskusa (8:38 min) Prikaži graf meritve temperature Prikaži graf meritve teže Prikaži podatke, ki jih lahko poiščemo v literaturi
Pomoč
Vemo, da vodi dovajamo toplotni tok, ki je enak moči grelca , ki smo jo že izračunali.
Dovedena toplota je z močjo povezana preko zveze
,
kjer pove, koliko časa smo dovajali toplotni tok.
Da bi izvedeli, koliko toplote smo dovedli, moramo vedeti, koliko časa smo dovajali toplotni tok. Premislite, kje bi lahko ta čas odčitali.
Napačno
Žal, toplote niste pravilno izračunali. Program dovoljuje 5% odstopanje od predvidene vrednosti. Poskušajte biti dovolj natančni.
Premislite, kje bi lahko odčitali čas vretja.
Odgovor
Žal tudi v drugem poskusu niste uspeli pravilno izračunati dovedene toplote.
Vemo, da vodi dovajamo toplotni tok, ki je enak moči grelca , ki smo jo že izračunali.
Dovedena toplota je z močjo povezana preko zveze
,
kjer pove, koliko časa smo dovajali toplotni tok.
Čas vretja lahko odčitamo iz posnetka ali slik posnetka ali iz obeh grafov. Iz grafov ga odčitamo takole:
Za dovedeno toploto dobimo
Masa izparele vode
Sedaj imamo dovedeno toploto. (Prikazana je vrednost, ki jo ima program vnešeno kot pravilno, tudi če je bila vaša potrjena kot pravilna.)
Izračunajte maso izparele vode.
Masa izparele vode ni pravilno izračunana. Pazite, da ne po pomoti računate teže.
Program dovoljuje 5% napako. Poskušajte biti dovolj natančni.
Poskusite ponovno.
Preverjanje vrednosti
Zanima nas, ali res izpari toliko mase, kolikor smo izračunali. Na katere od spodnjih načinov lahko to preverimo?
Prikaži slike iz video posnetka Prikaži video posnetek poskusa (8:38 min) Prikaži graf meritve temperature Prikaži graf meritve teže Prikaži podatke, ki jih lahko poiščemo v literaturi
Narobe
Žal, tudi v tretjem poskusu niste uspeli najti vseh pravilnih odgovorov.
Pravilni odgovori so:
- Izparelo maso lahko neposredno odčitamo s slik poskusa.
- Izparelo maso lahko neposredno odčitamo z video posnetka poskusa.
Odčitavanje mase s posnetka
- Izparelo maso lahko neposredno odčitamo z grafa teže v odvisnosti od časa.
Odčitavanje mase z grafa .
Konec naloge o masi izparele vode
Zaključili ste nalogo o masi izparele vode.
Kakšen bi bil graf temperature za olje
V loncu smo zavreli vodo in izmerili graf .
Izberite, kako bi izgledal graf za olje (rdeče) v primerjavi z grafom za vodo (modro). V vrč smo nalili v obeh primerih en liter tekočine.
Privzetki in podrobnosti
Privzetki:
- grelec deluje z enako močjo enako dolgo (časa) kot za vodo,
- voda in olje imata na začetku isto temperaturo,
- v obeh primerih nalijemo v vrč enako prostornino tekočine.
Podrobnosti:
- Posnetka takege vrenja ni, saj se olje začne prej kaditi. Če bi obstajal, bi bil posnetek podoben tistemu za vodo, le trajanje segrevanja bi bilo drugačno.
Pravilno
Odlično. Čestitke. Olje se segreva hitreje kot voda pa tudi pri višji temperaturi zavre.
Delno pravilno
Pravilno ste ugotovili, da je vrelišče više, ne pa tudi naklona premice, ki predstavlja segrevanje. Se bo etanol segreval hitreje ali počasneje od vode? Prilagodite svoj graf.
Delno pravilno
Pravilno ste ugotovili, da se bo olje hitreje segrevalo kot voda. Kje pa bo začelo izparevati? Pri višji ali nižji temperaturi kot voda? Prilagodite svoj graf.
Nepravilno
To pa ni v redu. Še enkrat preverite, katere količine se spremenijo, ko govorimo o olju namesto o vodi in kako vrednosti teh količin vplivajo na graf.
Nepravilno
Vaš graf nima prave oblike. Po obliki bo graf podoben tistemu za vodo. Poskusite ponovno.
Odgovor
Izkoristili ste vse poskuse.
- Olje ima nižjo specifično toploto kot voda, zato se hitreje segreva. Strmina prvega dela grafa je večja.
- Olje ima vrelišče pri višji temperaturi kot voda, zato bo drugi del grafa više.
- Drugi del grafa je vodoraven, saj za vsako vretje velja, da je temperatura med vretjem konstantna.
Konec naloge o primerjavi grafa za olje in vodo
Zaključili ste nalogo, kjer ste primerjali grafa za olje in vodo.
Kakšen bi bil graf teže za olje
Izberite, kako bi izgledal graf za olje (rdeče) v pimerjavi z grafomm za vodo (modro). V vrč smo nalili v obeh primerih en liter tekočine.
Privzetki in podrobnosti
Privzetki:
- grelec deluje z enako močjo enako dolgo (časa) kot za vodo,
- voda in olje imata na začetku isto temperaturo,
- v obeh primerih nalijemo v vrč enako prostornino tekočine.
Podrobnosti:
- Posnetka takege vrenja ni, saj se olje začne prej kaditi. Če bi obstajal, bi bil posnetek podoben tistemu za vodo, le trajanje segrevanja bi bilo drugačno.
Pravilno
Odlično. Čestitke. Olje ima manjšo gostoto, zato ima ista količina (postornina) olja manjšo maso in s tem manjšo težo. Zato graf začne niže.
Olje ima tudi manjšo specifično izparilno toploto () kot voda, zato v isti časovni enoti več mase izpari in se zato teža hitreje zmanjšuje med vretjem (strmejši drugi del grafa).
Delno pravilno
Pravilno ste ugotovili, da je drugi del grafa strmejši. To je zato, ker ima olje nižjo izparilno toploto, kar pomeni, da pri dani moči v danem času izpari več olja kot vode.
Vendar ima olje tudi manjšo gostoto kot voda. Kako se to pozna na grafu? Prilagodite svoj graf.
Delno pravilno
Pravilno ste ugotovili, da graf za olje začne niže kot za vodo. To je zato, ker ima olje manjšo gostoto kot voda, v obeh primerih pa imamo en liter tekočine.
Vendar ima olje tudi drugačno specifično izparilno toploto. Kako to vpliva na obliko grafa? Prilagodite svoj graf.
Nepravilno
Vaš graf nima prave oblike. Po obliki bo graf podoben tistemu za vodo. Poskusite ponovno.
Nepravilno
To pa ni v redu. Še enkrat preverite, katere količine se spremenijo, ko govorimo o olju namesto o vodi in kako vrednosti teh količin vplivajo na graf.
Odgovor
Izkoristili ste vse poskuse.
- Olje ima manjšo gostoto kot voda, zato je pri istem volumnu teža manjša. Prvi del grafa je niže.
- Olje ima nižjo specifično izparilno toploto. V istem času zato izpari več olja kot vode. Zato bo drugi del grafa strmejši.
- Prvi del grafa je vodoraven, saj se teža ne spreminja, dokler snov ne izpareva.
Konec naloge o primerjanju grafov za olje in vodo
Zaključili ste nalogo, kjer ste primerjali grafa m(t) za olje in vodo.
Konec naloge
Zaključili ste sklop nalog.
Upamo, da je bilo reševanje zabavno in poučno.
- Posnetek poskusa
- Graf
- Pravilno
- Primerjaj grafa
- Popravite izbiro grafa
- Konec naloge o grafu
- Graf
- Primerjaj grafa
- Graf
- Konec naloge o grafu m(t)
- Moč grelca
- Pomoč 2
- Dovedena toplota pri segrevanju
- Čas segrevanja
- Moč grelca
- Konec naloge o moči grelca
- Masa izparele vode
- Pomoč 2
- Dovedena toplota
- Masa izparele vode
- Preverjanje vrednosti
- Konec naloge o masi izparele vode
- Kakšen bi bil graf temperature za olje
- Konec naloge o primerjavi grafa za olje in vodo
- Kakšen bi bil graf teže za olje
- Konec naloge o primerjanju grafov za olje in vodo
- Konec naloge
