Digitální učební materiál Autor: Ing. Bc. Pavel Kolář Předmět/vzdělávací oblast: Základy přírodních věd - Fyzika Tematická oblast: Termika Téma: Kalorimetrie Ročník: 2. Datum vytvoření: listopad 2013 Název: VY_32_INOVACE_08.2.07.FYZ Anotace: Učební materiál je věnován měření tepla. Zaměřuje se na teplo předané při tepelné výměně. Definuje veličinu měrná tepelná kapacita. Vysvětlena je kalorimetrická rovnice. Metodický pokyn: Prezentace je primárně určena ke zkvalitnění výuky v hodinách fyziky, ale může být využita i k samostudiu nebo pro distanční formu vzdělávání. Otázky na konci tématu ověří u žáků pochopení probíraného učiva. Materiál vyžaduje použití multimediálních prostředků (PC a dataprojektoru).

Měrná tepelná kapacita Kalorimetrická rovnice Kalorimetrie Měrná tepelná kapacita Kalorimetrická rovnice

Kalorimetrie (měření tepla) Přijme-li těleso teplo při tepelné výměně, vzroste jeho vnitřní energie a zvýší se jeho teplota; Odevzdá-li těleso teplo při tepelné výměně, jeho vnitřní energie klesne a jeho teplota se sníží; Měření tepla úzce souvisí s měřením teploty.

Tepelná kapacita C Udává, jaké teplo musíme dodat, aby se teplota tělesa zvýšila o 1°C. C je tepelná kapacita Q je dodané teplo  t je teplotní rozdíl

Tepelná kapacita C Těleso s velkou tepelnou kapacitou Při tepelné výměně schopné pojmout nebo předat velké množství tepla; Dlouho se zahřívá a dlouho chladne; Příklad: Voda (ústřední vytápění, chlazení, přímořské klima, atp.). Těleso s malou tepelnou kapacitou Při tepelné výměně pojme nebo předá malé množství tepla; Rychle se zahřeje a rychle zchladne; Příklad: Kovy (snadné tavení a tepelné zpracování).

Tepelná kapacita C Voda má velkou tepelnou kapacitu, proto zůstane dlouho teplá; Kovová lžička má malou tepelnou kapacitu, proto rychle vychladne. KOV malá tepelná kapacita VODA velká tepelná kapacita Obrázek 7.1. Tepelná rovnováha Obrázek 7.2. Rozdílné teploty

Měrná tepelná kapacita c Přijmou-li dvě tělesa o stejné hmotnosti z různých látek teplo Q, je zvýšení jejich teploty různé. Tuto závislost na látce vyjadřuje měrná tepelná kapacita; c je měrná tepelná kapacita; m je hmotnost tělesa;

Teplo přijaté nebo odevzdané tělesem při tepelné výměně Vyjádřením neznámé Q ze vzorce: Zjistíme, že teplo Q přijaté nebo odevzdané tělesem při tepelné výměně: Závisí na: hmotnosti tělesa m, rozdílu teplot t, měrné tepelné kapacitě látky c.

Kalorimetrická rovnice Předpokládejme, že tepelná výměna probíhá pouze mezi dvěma tělesy a žádné teplo se nepředává do okolí (izolovaná soustava); Pak teplo Q1 odevzdané teplejším tělesem je rovno teplu Q2 přijatému chladnějším tělesem. Dosadíme-li známé vztahy, kde t je teplota při tepelné rovnováze: Dostáváme kalorimetrickou rovnici:

Kalorimetrická rovnice Příklad Do akvária, ve kterém je 22 litrů vody o teplotě 22 °C, přidáme 2 litry vody o teplotě 16 °C. Určete na jaké hodnotě se ustálí teplota vody. (Předpokládáme, že neprobíhá tepelná výměna mezi soustavou a okolím.) Známe: m1 = 22 kg; m2 = 2 kg; t1 = 22 °C; t2 = 16 °C; c1 = 4200 J.kg-1K-1; c2 = 4200 J.kg-1K-1. Neznáme: t = ? °C. K výpočtu využijeme kalorimetrickou rovnici. Obrázek 7.3. Akvárium

Kalorimetrická rovnice Příklad Do akvária, ve kterém je 22 litrů vody o teplotě 22 °C, přidáme 2 litry vody o teplotě 16 °C. Určete na jaké hodnotě se ustálí teplota vody. (Předpokládáme, že neprobíhá tepelná výměna mezi soustavou a okolím.) Vyjádříme neznámou t a poté dosadíme: Teplota vody se ustálí na hodnotě 21,5 °C. Obrázek 7.4. Akvárium

Obrázek 7.5. Směšovací kalorimetr Kalorimetr = přístroj na měření tepla; Tenkostěnná nádoba, tepelně izolovaná od okolí; Víkem prochází míchadlo, dále je zde průchodka na teploměr a svorky k připojení el. zdroje pro topnou spirálu; Využívá se k experimentálnímu ověření kalorimetrické rovnice. Obrázek 7.5. Směšovací kalorimetr

Shrnutí nejdůležitějších poznatků Při tepelné výměně odevzdává teplejší těleso teplo Q tělesu chladnějšímu. Chladnější těleso teplo přijímá. Teplo Q přijaté nebo odevzdané tělesem při tepelné výměně: Závisí na: hmotnosti tělesa m, rozdílu teplot t, měrné tepelné kapacitě látky c.

Otázky a úkoly Jaký je rozdíl mezi teplem a teplotou? Teplo Q je energie předaná při tepelné výměně. Jednotkou tepla je joule (J). Teplota t popisuje stav tělesa při tepelném ději. Jednotkou je stupeň Celsia (°C). Co to znamená, že těleso přijalo teplo? Těleso přijme energii. Vzroste vnitřní energie tělesa a pokud nenastane změna skupenství, zvýší se i jeho teplota. Na čem závisí velikost tepla přijatého tělesem při tepelné výměně? Teplo Q přijaté při tepelné výměně závisí na hmotnosti m tělesa, rozdílu teplot t a měrné tepelné kapacitě c látky: Q = mct. Jak se liší tepelné vlastnosti látek s velkou a malou měrnou tepelnou kapacitou? Tělesa s velkou tepelnou kapacitou se dlouho zahřívají a dlouho chladnou (voda). Tělesa s malou tepelnou kapacitou se rychle zahřejí a rychle vychladnou (kovy).

Použité zdroje LEPIL, Oldřich, BEDNAŘÍK, Milan, HÝBLOVÁ, Radmila. Fyzika pro střední školy I. 4. vyd. Praha: Prometheus, 2004, 266 s. Učebnice pro střední školy. ISBN 80-7196-184-1. BEDNAŘÍK, Milan, KUNZOVÁ, Vlasta, SVOBODA, Emanuel. Fyzika II pro studijní obory SOU. 1. vyd. Praha: SPN, 1986, 216 s. Učebnice pro střední školy. Autorem obrázků, pokud není uvedeno jinak, je autor výukového materiálu.