Typ: Vyklad
83394:úkol
Pokles teploty ochlazením, chladicí účinky těkavých kapalin
Obor: Člověk a příroda/Fyzika
Oblast dle RVP: Vnitřní energie/Změna vnitřní energie při odpařování
Změny skupenství látek/Vypařování
Mezipředmětové vztahy: Biologie, Ekologie
Klíčová slova:
Pomůcky: 2x PET lahev, 2x senzor teploty, líh, glycerín
- Zadání:
Na základě měření teploty zjisti charakter těkavých kapalin.
- Co je cílem:
V experimentu budeme demonstrovat rychlý pokles teploty způsobený intenzivním vypařováním těkavé kapaliny (ether, líh).
- Teorie:
V tomto experimentu budeme pozorovat změnu teploty hrotu teplotního senzoru během vypařování kapaliny z jeho povrchu. Když se kapalina vypařuje, odebírá ze svého okolí (tedy i z teploměru) teplo a snižuje tak jeho teplotu. V našem experimentu budeme porovnávat vypařování dvou kapalin (líh a voda). Líh se při pokojové teplotě vypařuje (a odebírá teplo svému okolí) mnohonásobně rychleji než voda, proto se teploměr namočený do lihu ochladí na nižší teplotu než stejný teploměr namočený do vody. Tato skutečnost souvisí s fyzikální veličinou povrchové napětí. Čím nižší je hodnota této fyzikální veličiny, tím snadněji opouštějí molekuly kapaliny tuto kapalinu, kapalina se snadněji vypařuje. To dokazuje, že líh má v porovnání s vodou zhruba dvojnásobně nižší povrchové napětí.
U kapalin dále závisí povrchové napětí na teplotě dané kapaliny. S rostoucí teplotou kapaliny klesá její povrchové napětí, snadněji se vypařuje. Jako příklad můžeme uvést vodu, která se nejsnadněji vypařuje při jejím bodu varu (1000C). K postupnému vypařování z jejího povrchu však dochází už od 00C.
Voda se odpařuje v porovnání s lihem relativně pomalu. Pokles teploty probíhá pozvolně, pokračuje však po celou dobu měření.
Líh se odpařuje velmi rychle, v porovnání s vodou je pokles teploty výraznější. Po určité době (veškerý líh se z hrotu teplotního senzoru odpařil) teplota začíná znovu růst na teplotu vzduchu, který teplotní čidlo obklopuje.
- Postup:
Připravíme dvě nádobky. Do jedné nalejeme líh, do druhé vodu.
Měření provádíme takto:
- Ponořte teplotní senzor do nádobky s vodou. Počkejte až se teplota ustálí. (Pozn.: V případě, že byl senzor teploty v laboratoři oběma kapalinami, můžeme měřit ve velmi krátké době cca 30s.)
- Použijeme Shild pro měření dvou teplot.
- Po cca 5s měření vyndáme senzor z vody, prudce odklepneme a dále necháme volně osychat.
- Po skončení měření uložíme měřená data do souboru (Excel).
- Totéž provedeme i pro líh.
Závěr:
Pozorujeme, že teplota měřená teplotním senzorem, který byl v lihu se snižuje rychleji.
Pozn.: Použijeme-li glycerín, při jeho vypařování se teplota zvyšuje (glycerin pohlcuje vzdušnou vlhkost, která se v něm kondenzuje na vodu, přičemž se uvolňuje teplo).
- Technické poznámky:
- Po vyjmutí teplotních senzorů ze zkumavek musíme prudce oba senzory odklepnout (zaručí se tím pokryv hrotu čidla tenkou vrstvičkou kapaliny).
- Nádobky s kapalinami musíme nechat cca 30min před experimentem v místnosti, kde budeme experiment provádět. Před experimentem musejí být teploty obou kapalin a okolí vyrovnány.
- Hrot teplotního čidla stačí namočit do ½ své délky (možná ještě méně). Teplotní senzor měří ze špičky.
- Senzory teploty jsou při měření umístěny na držáku, který si před začátkem experimentu musíme sestavit.
- Metodické poznámky:
Experiment můžeme provádět.