ŠKOLA: Gymnázium, Tanvald, Školní 305, příspěvková organizace ČÍSLO PROJEKTU: CZ.1.07/1.5.00/34.0434 NÁZEV PROJEKTU: Šablony – Gymnázium Tanvald ČÍSLO ŠABLONY: III/2 Inovace a zkvalitnění výuky prostřednictvím ICT AUTOR: Mgr. Iva Herrmannová TEMATICKÁ OBLAST:Molekulová fyzika a termika NÁZEV DUMu: Kalorimetr a kalorimetrická rovnice POŘADOVÉ ČÍSLO DUMu:10 KÓD DUMu: IH_MOL_FYZ_10 DATUM TVORBY: 11.11.2012 ANOTACE (ROČNÍK):Prezentace určená pro 2. ročník a sextu gymnázia. V úvodu opakuje výchozí pojmy pro nové učivo. Pomocí jednoduché animace a barevného odlišení vytváří žákům lepší představu pro děj tepelná výměna. Na ilustračním příkladě je řešena klasická úloha tepelné výměny ve směšovacím kalorimetru. Následuje další příklad k samostatnému řešení, je možno ho využít jako hodnocenou samostatnou práci na závěr vyučovací hodiny. METODICKÝ POKYN: Do vyučovací hodiny doporučuji fyzicky přinést kalorimetr, případně souběžně s řešením ilustračního příkladu provádět jednotlivé kroky v reálné situaci. Žáci ještě lépe získají přehled o teplech, která se vykytují v kalorimetrické rovnici.

KALORIMETR A KALORIMETRICKÁ ROVNICE

OBSAH Opakování – teplo, měrná tepelná kapacita Kalorimetr Kalorimetrická rovnice Ilustrační příklad Příklady k procvičení

Opakování – teplo, měrná tepelná kapacita Teplo = množství vnitřní energie, které při tepelné výměně odevzdá teplejší těleso studenějšímu (případně přijme chladnější od teplejšího) Velikost tepla závisí na měrné teplené kapacitě tělesa c hmotnosti tělesa m změně teploty tělesa během tepelné výměny (t – t0) Q = m . c . (t – t0)

Opakování – teplo, měrná tepelná kapacita Máme dvě soustavy č.1 a č. 2 mezi nimiž dochází k tepelné výměně. m1 c1 t1 m2 c2 t2

Opakování – teplo, měrná tepelná kapacita Máme dvě soustavy č.1 a č. 2 mezi nimiž dochází k tepelné výměně. m1 c1 t1 m2 c2 t2 t1 > t2 hodnoty stavových veličin soustav 1 a 2 na začátku tepelné výměny

Opakování – teplo, měrná tepelná kapacita Mezi soustavami 1 a 2 probíhá tepelná výměna, m1 c1 t1 m2 c2 t2 t1 > t2

Opakování – teplo, měrná tepelná kapacita Mezi soustavami 1 a 2 probíhá tepelná výměna, m1 c1 t1 KLESÁ m2 c2 t2 ROSTE t1 > t2

Opakování – teplo, měrná tepelná kapacita Mezi soustavami 1 a 2 probíhá tepelná výměna, dokud se teploty nevyrovnají (t) m1 c1 t m2 c2 t t1 > t > t2

Opakování – teplo, měrná tepelná kapacita soustava č.1 odevzdává teplo Q1 soustavě č. 2, která přijímá teplo Q2 m1 c1 t1 t m2 c2 t2 t Q1 = m1 . c1 . (t – t1)

Opakování – teplo, měrná tepelná kapacita soustava č.1 odevzdává teplo Q1 soustavě č. 2, která přijímá teplo Q2 m1 c1 t1 t m2 c2 t2 t Q1 = m1 . c1 . (t – t1) Q1 < 0 J

Opakování – teplo, měrná tepelná kapacita soustava č.1 odevzdává teplo Q1 soustavě č. 2, která přijímá teplo Q2 m1 c1 t1 t m2 c2 t2 t Q1 = m1 . c1 . (t – t1) Q1 < 0 J Q2 = m2 . c2 . (t – t2)

Opakování – teplo, měrná tepelná kapacita soustava č.1 odevzdává teplo Q1 soustavě č. 2, která přijímá teplo Q2 m1 c1 t1 t m2 c2 t2 t Q1 = m1 . c1 . (t – t1) Q1 < 0 J Q2 = m2 . c2 . (t – t2) Q2 > 0 J

Opakování – teplo, měrná tepelná kapacita soustava č.1 odevzdává teplo Q1 soustavě č. 2, která přijímá teplo Q2 m1 c1 t1 t m2 c2 t2 t Q1 = m1 . c1 . (t – t1) Q1 < 0 J Q1 + Q2 = 0 Q2 = m2 . c2 . (t – t2) Q2 > 0 J

Směšovací kalorimetr Pomůcka sloužící k pokusnému určení měrné tepelné kapacity c dané látky. 2 tenkostěnné válcové hliníkové nádoby různých průměrů, 2 víčka s otvory pro míchačku a teploměr, dřevěná mřížka.

Směšovací kalorimetr

Směšovací kalorimetr -použití Do kalorimetru dáme vodu (známé m1, t1, c1) Do kalorimetru vložíme zahřáté těleso (známé m2 a t2), jehož c2 chceme určit Kalorimetr rychle uzavřeme, občas promíchneme a na teploměru sledujeme probíhající tepelnou výměnu. Po ukončení tepelné výměny zapíšeme výslednou teplotu t soustavy voda – kalorimetr - měřené těleso

Kalorimetrická rovnice ve tvaru: Qodevzdané = Qpřijaté

Kalorimetrická rovnice ve tvaru: Qodevzdané = Qpřijaté Na levou stranu rovnice zapíšeme všechna tepla, která jsou při tepelné výměně odevzdávána.

Kalorimetrická rovnice ve tvaru: Qodevzdané = Qpřijaté Na levou stranu rovnice zapíšeme všechna tepla, která jsou při tepelné výměně odevzdávána. Na pravou stranu rovnice zapíšeme všechna tepla, která jsou při tepelné výměně příjimána.

Kalorimetrická rovnice ve tvaru: Qodevzdané = Qpřijaté Na levou stranu rovnice zapíšeme všechna tepla, která jsou při tepelné výměně odevzdávána. Na pravou stranu rovnice zapíšeme všechna tepla, která jsou při tepelné výměně příjimána. Veškeré rozdíly teplot zúčastněných těles píšeme tak, aby vycházela kladně !!

Ilustrační příklad č.1 V kalorimetru o tepelné kapacitě 400 J.K-1 je voda o hmotnosti 650 g a teplotě 17 °C. Do vody vložíme hliníkové těleso o hmotnosti 78 g a teplotě 90°C. Výsledná teplota soustavy po dosažení rovnovážného stavu je 18,6 °C. Urči měrnou tepelnou kapacitu hliníku.

Ilustrační příklad č.1 Qodevzdané = Qpřijaté QAl = QH2O + Qk Ck = 400 J.K-1 m1 = 650 g =0,65 kg t1 = 17 °C = tk c1 = 4180 J.kg-1.K-1 m2 = 78 g =0,078 kg t2 = 90 °C t = 18,6 °C c2 = ? [J.kg-1.K-1] Qodevzdané = Qpřijaté QAl = QH2O + Qk Q2 = Q1 + Qk Q2 = m2 . c2. (t2 – t) Q1 = m1 . c1. (t – t1) Qk = Ck . (t – t1)

m2 . c2. (t2 – t) = m1 . c1. (t – t1) + Ck . (t – t1) Ilustrační příklad č.1 Q2 = Q1 + Qk m2 . c2. (t2 – t) = m1 . c1. (t – t1) + Ck . (t – t1)

Měrná tepelná kapacita hliníku je přibližně 895 J.kg-1.K-1 Ilustrační příklad č.1 Měrná tepelná kapacita hliníku je přibližně 895 J.kg-1.K-1

Příklad č.2 - samostatná práce V kalorimetru o tepelné kapacitě 90 J.K-1 je voda o hmotnosti 200 g. Teplota soustavy je 80 °C. Do vody ponoříme měděný váleček o hmotnosti 100 g a teplotě 20°C. Urči výslednou teplotu soustavy po dosažení rovnovážného stavu. Měrná tepelná kapacita mědi je 383 J.kg -1.K-1

Příklad č.2 - řešení Výsledná teplota soustavy voda - kalorimetr - měď po dosažení rovnovážného stavu je 78 °C.

Zdroje: MMMMM. wikipedia.cz [online]. [cit. 12.11.2012]. Dostupný na WWW: http://cs.wikipedia.org/wiki/Soubor:Kalorimetr.png