1 2 Είδη θερµοµέτρων Τα κυριότερα είδη θερµοµέτρων είναι Κελσίου (Celsius o C) - Ευρώπη Φαρενάιτ (Fahrenheit o F) - Αµερική Ιατρικά Απόλυτος θερµοκρασία Απόλυτος θερµοκρασία ( Kelvin o K) Η χαµηλότερη θερµοκρασία που έχει καταµετρηθεί στηφύσηείναι- 273 o C Βάση αυτής της παρατήρησης, έχει εισαχθεί η απόλυτος κλίµακα ή κλίµακα Kelvin Αντιστοιχία Κελσίου - Κέλβιν ο Κ = 273 + o C 3 4
Άσκηση : συµπληρώστε τον πιο κάτω πίνακα ΕΙ Η ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ Κελσίου 27-273 0 Κέλβιν 273 0 Σύγκριση θερµοκρασιών 5 6 ΜΕΤΑΤΡΟΠΕΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ Ασκήσεις Σελίδα 39: 1, 4, 7, 8, 9 Σελίδα 43: 1, 2, 3, 7, 8 Γιανακάµουµε κάποιο έργο πρέπει να ξοδεύουµεενέργεια. Όµως, όπως και στη περίπτωση των λεφτών που αλλάζουν χέρια, η ενέργεια δεν εξαφανίζεται αλλά αλλάζει µορφή. 7 8
ΘΕΡΜΙ ΟΜΕΤΡΙΑ (σελ. 44-46) Πειραµατικό µέρος Συµπεράσµατα Νόµος θερµιδοµετρίας Ασκήσεις 9 10 Θερµότητα χρόνος θέρµανσης Αν ένα σώµα θερµαίνεται από µια θερµική πηγή (γκαζάκι, ηλεκτρικό µάτι), τότε η θερµότητα (Q) που απορροφάται από το σώµα είναι ανάλογη : Του χρόνου στον οποίο το σώµα θερµαίνεται Ηθερµότητα συµβολίζεται µετοq και έχει σαν µονάδα µέτρησης: Μονάδα: Joule ( J) 11 Εξάρτηση από είδος (c) του σώµατος Πείραµα : Τοποθετούµε µέσα σε δοχείο pirex 150 g νερό. Καταγράφουµετηθερµοκρασία. Θερµαίνουµε τοδοχείοκαικαταµετρούµε το χρόνο που χρειάζεται για να αυξηθεί η θερµοκρασία κατά 10 o C Επαναλαµβάνουµετοπείραµα τοποθετώντας 150g γάλακτος. Συµπεράσµατα: I. Το γάλα χρειάστηκε λιγότερο χρόνο απ ότι το νερό για να αυξηθεί η θερµοκρασία του κατά 10 o C II. Ο ΧΡΟΝΟΣ ΚΑΙ ΑΡΑ Η ΘΕΡΜΟΤΗΤΑ ΠΟΥ ΑΠΑΙΤΕΙΤΑΙ ΓΙΑ ΝΑ ΑΝΥΨΩΘΕΙ ΚΑΤΑ ΤΟΥΣ Ι ΙΟΥΣ ΒΑΘΜΟΥΣ Η ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑ ΕΝΟΣ ΣΩΜΑΤΟΣ ΕΞΑΡΤΑΤΑΙ ΑΠΟΤΟΕΙ ΟΣ(c)ΤΟΥ ΥΛΙΚΟΥ 12
Εξάρτηση από είδος (c) του σώµατος Εξάρτηση από µάζα (m) του σώµατος Γάλα Λάδι Νερό Πείραµα : Τοποθετούµε µέσα σε δοχείο pirex 100 g νερό. Θερµαίνουµε τοδοχείοκαικαταµετρούµετοχρόνο που χρειάζεται για να αυξηθεί η θερµοκρασία κατά 10 o C. 13 Επαναλαµβάνουµετοπείραµα µε 200 και 300 g νερού. Συµπεράσµατα: Ο ΧΡΟΝΟΣ ΚΑΙ ΕΠΟΜΕΝΩΣ Η ΘΕΡΜΟΤΗΤΑ ΠΟΥ ΑΠΑΙΤΕΙΤΑΙ ΓΙΑ ΤΗΝ ΑΝΥΨΩΣΗ ΤΗΣ ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑΣ ΕΝΟΣ ΣΩΜΑΤΟΣ ΚΑΤΑ ΤΟΥΣ Ι ΙΟΥΣ ΒΑΘΜΟΥΣ ΕΞΑΡΤΑΤΑΙ ΑΠΟ ΤΗ ΜΑΖΑ (m) ΤΟΥ ΣΩΜΑΤΟΣ 14 Εξάρτηση από τη µεταβολή θερµοκρασίας ( θ) του σώµατος Πείραµα : Τοποθετούµε µέσα σε δοχείο pirex 100 g νερό. Καταµετρούµε το χρόνο που χρειάζεται για να αυξηθεί η θερµοκρασία κατά 10 o C. Επαναλαµβάνουµε τοπείραµα αλλά καταγράφουµε τοχρόνο που χρειάζεται να αυξηθεί η θερµοκρασία κατά 20 o C και στη συνέχεια κατά 30 o C. Συµπεράσµατα: Ο ΧΡΟΝΟΣ ΚΑΙ ΕΠΟΜΕΝΩΣ Η ΘΕΡΜΟΤΗΤΑ ΠΟΥ ΑΠΑΙΤΕΙΤΑΙ ΓΙΑ ΤΗΝ ΑΝΥΨΩΣΗ ΤΗΣ ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑΣ ΕΝΟΣ ΣΩΜΑΤΟΣ ΚΑΤΑ ΤΟΥΣ Ι ΙΟΥΣ ΒΑΘΜΟΥΣ ΕΞΑΡΤΑΤΑΙ ΑΠΟ ΤΗ ΜΕΤΑΒΟΛΗ ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑΣ ( θ) ΤΟΥ 15 ΣΩΜΑΤΟΣ Ειδική θερµοχωρητικότητα (c) Έχουµεεξετάσειπειραµατικά τo ότι ηθερµότητα που χρειάζεται για την αύξηση της θερµοκρασίας ενός σώµατος εξαρτάται και από το είδος του υλικού. Το είδος του υλικού καθορίζεται από ένα συντελεστή, που ονοµάζεται ειδική θερµοχωρητικότητα (c) Μονάδες : J Kg C 0 (Joule ανά χιλιόγραµµο ανά βαθµό Κελσίου) Όσο πιο µεγάλη είναι η ειδική θερµοχωρητικότητα τόσο πιο δύσκολα θερµαίνεται το υλικό. Παράδειγµα : Tο νερό έχει θερµοχωρητικότητα 4200 J / Kg o C O χαλκός έχει θερµοχωρητικότητα 400 J / Kg o C 16
Παραδείγµατα ειδικής θερµοχωρητικότητας Σύγκριση ειδικών θερµοχωρητικοτήτων Χρειάζονται 4200 J ενέργειας για να ανεβάσουν την θερµοκρασία 1 Kg νερού κατά 1 ο C Χρειάζονται 900 J ενέργειας για να ανεβάσουν την θερµοκρασία 1 Kg αλουµινίου κατά 1 ο C 17 18 Ερώτηση Ερώτηση: Τι σηµαίνει η θερµοχωρητικότητα του νερού είναι 4200 J / Kg o C Για να αυξήσουµε τηθερµοκρασία ενός Kg νερού κατά ένα o C χρειάζεται θερµότητα (ενέργεια) 4200 J 19 Παράγοντες από τους οποίους εξαρτάται η θερµότητα που απαιτείται για την θέρµανση σώµατος Είδος υλικού (c) ιαφορετικός χρόνος για : νερό, γάλα. Μάζα υλικού (m) ιαφορετικός χρόνος για τη θέρµανση µιας κατσαρόλας παρά ένα µπρίκι νερού. Αύξηση θερµοκρασίας ( θ=θ Τ -θ Α ) Γιαδιπλάσιααύξησητηςθερµοκρασίας χρειάζεται διπλάσιος χρόνος, άραδιπλάσιοποσόθερµότητας, 20
Νόµος Θερµιδοµετρίας Ηθερµότητα που απορροφάται από ένα σώµα είναι ανάλογη Της µάζας (m) του σώµατος Του είδους του υλικού (ειδικής θερµοχωρητικότητας c ) Της µεταβολής της θερµοκρασίας ( θ) Τύπος: Q=m c θ Μονάδα: Joule ( J) 21 Ερωτήσεις - Παραδείγµατα Παράδειγµα : όταν η θερµοκρασία 2 Kg νερού αυξάνεται από τους 20 o C στους 25 o C, η θερµότητα που µεταφέρεται στο νερό είναι : Q = mc ϑ = 2 4200 ( 25 20) = 2 4200 5 =42000J 22 Ασκήσεις 1) Σελίδα : 47 1, 2, 3, 4, 5. 2) Να υπολογίσετε τη θερµότητα που χρειάζεται για να αυξηθεί η θερµοκρασία I. 2 Kg νερού II. 2Kg άµµου Από τους 15 o C στους 60 o C 3) Να υπολογίσετε τη θερµότητα που χρειάζεται για να αυξηθεί η θερµοκρασία 3 Kg σιδήρου από τους 20 o C στους 150 o C 4) Προσφέρουµε 8400 J σε 1 Kg I. Νερού II. Πάγου III. Άµµου Σε ποιο υλικό θα ανεβεί περισσότερο η θερµοκρασία του και σε ποιο λιγότερο. 23 24
ΘΕΡΜΙΚΗ ΙΑΣΤΟΛΗ-ΣΥΣΤΟΛΗ Στερεά Παραδείγµατα από την καθηµερινότητα Παράγοντες εξάρτησης Υγρά Παράγοντες εξάρτησης Αέρια Παράγοντες εξάρτησης Αλλαγές φάσης Πήξη - τήξη - βρασµός - εξάτµιση 25 Θερµική διαστολή των σωµάτων Κρύο Ζεστό Με την αύξηση της θερµοκρασίας ενός σώµατος αυξάνεται η κινητική ενέργεια των ατόµων, µε αποτέλεσµααυτάνα ταλαντώνονται σε µεγαλύτερο χώρο. 26 παράδειγµα 1:Ηλεκτροφόρα καλώδια παράδειγµα 2: Γέφυρες Κατά τις θερµές καλοκαιρινές µέρες τα ηλεκτροφόρα καλώδια διαστέλλονται 27 28
παράδειγµα 3: Γέφυρες παράδειγµα 4: πεζοδρόµια-σιδηροδροµικές γραµµές Οι κατασκευαστές των γεφυρών αφήνουν ένα διάκενο, το οποίο µετηβοήθεια ειδικών τροχών καλύπτεται σε περίπτωση 29 διαστολής της γέφυρας. Οι πιο πάνω σιδηροδροµικές γραµµές παραµορφώθηκαν,εξ αιτίας της διαστολής, γιατί ο κατασκευαστής ξέχασε να αφήσει προστατευτικό διάκενο. Στα πεζοδρόµια αφήνεται διάκενο για προστασία από τη διαστολή 30 Α) Εξάρτηση από µεταβολή της θερµοκρασίας Β) Εξάρτηση από είδος του υλικού Όσο µεγαλύτερη είναι η µεταβολή στη θερµοκρασία τόσο µεγαλύτερη είναι και η µεταβολή στο µήκος. (σελ :53 ΕΙΚ. 2.20) 31 Τα δύο µέταλλα έχουν το ίδιο αρχικό µήκος και την ίδια αρχική θερµοκρασία. Παρατηρούµε ότι για την ίδια µεταβολή στη θερµοκρασία το αλουµίνιο αυξήθηκε περισσότερο απ ότι οσίδηρος. (σελ :53 ΕΙΚ. 2.21) 32
Γ) Εξάρτηση από αρχικό µήκος Πως αλλάζει το µήκος υπερηχητικού αεροσκάφους Τα δύο µέταλλα έχουν το διαφορετικό αρχικό µήκος και την ίδια αρχική θερµοκρασία. Παρατηρούµεότιγιαίδιαµεταβολή στη θερµοκρασία: όσο µεγαλύτεροτοαρχικόµήκος τόσο µεγαλύτερη η 33 αύξηση. (σελ :54 ΕΙΚ. 2.22) Λόγω της τριβής µετηνατµόσφαιρα το µήκος του Concorde αυξάνεται κατά ένα µέτρο όταν βρίσκεται στον αέρα παρά όταν βρίσκεται στο έδαφος. 34 Α) Εξάρτηση από µεταβολή της θερµοκρασίας (σελ :55 ΕΙΚ. 2.24) Β) Εξάρτηση από αρχικό όγκο (σελ :55 ΕΙΚ. 2.25) Εχουµετρίαπανοµοιότυπα δοχεία που έχουν ίσες ποσότητες υγρού. Το δοχείο µε τηµεγαλύτερη αύξηση στη θερµοκρασία 35 έχει και τη µεγαλύτερη αύξηση στον όγκο. Παρατηρούµεστοδοχείοµετοµεγαλύτερο όγκο η αύξηση είναι µεγαλύτερη 36
Γ)Εξάρτηση από είδος του υγρού (σελ :55 ΕΙΚ. 2.26) Ανωµαλία του νερού Στα προηγούµενα µαθήµατα έχουµε παρατηρήσει ότι µετηναύξηση της θερµοκρασίας ενός υγρού, έχουµε αύξηση στον όγκο του ( ιαστολή) Εχουµε τρία διαφορετικά υγρά ίσου όγκου τα οποία θερµαίνουµε γιατονίδιοχρόνο. Ανάλογο µε το είδος του υγρού είναι και η αύξηση του όγκου. 37 Στο νερό, όπως θα διαπιστώσουµεπειραµατικά, παρατηρείται µια ανωµαλία. Μεταξύ 0 και 4 ο C, το νερό αντί να διαστέλλεται συστέλλεται. Για θερµοκρασίες µεγαλύτερες από 4 ο C, το νερό συνεχίζει κανονικά τη διαστολή του. 38 Γραφική παράσταση όγκου σε σχέση µετηθερµοκρασία Ο όγκος του νερού στους 4 ο C είναι ο ελάχιστος. Η πυκνότητα του νερού στους 4 ο C είναι η µέγιστη. 39 Μεταβολή της πυκνότητας στο νερό Μεταξύ 0 και 4 ο C, δηλαδή στη περιοχή που το νερό παρουσιάζει ανωµαλία, έχουµεδειότιτο νερό συστέλλεται αντί να διαστέλλεται. Άρα τα µόρια του γίνονται πιο πυκνά µε αποτέλεσµανααυξάνεται η πυκνότητα του. Στη θερµοκρασία 4 ο C το νερό παρουσιάζει τη µέγιστη του πυκνότητα. Ερώτηση: γιατί ο πάγος επιπλέει πάνω από το νερό; 40
Φυσική σηµασία της ανωµαλίας του νερού Σελίδα 59: 2, 7, 8, 10, 13 Ασκήσεις Εξ αιτίας της ανωµαλίας του νερού, στους βυθούς των παγωµένων λιµνών, οι οργανισµοί µπορούν να επιζήσουν. 41 42 Μεταβολή µάζας-όγκου πάγου κατά τη τήξη Πείραµα : Συµπεριφορά των µορίων του νερού κατά την τήξη Κατά τη τήξη του νερού η µάζα του, παραµένει σταθερή. Κατά τη τήξη του νερού ο όγκος του, µειώνεται. 43 Αύξηση της θερµοκρασίας Πιο έντονες ταλαντώσεις των µορίων Μειώνονται οι δυνάµεις µεταξύ των µορίων Το στερεό γίνεται υγρό. 44
Γιατί µειώνεται ο όγκος του νερού αµέσως µετά τη τήξη Στο νερό (υγρό) τα µόρια του γλιστρούν το ένα πάνω στο άλλο. Συµπεριφορά των µορίων του νερού κατά την τήξη Πάγος Νερό Όταν το νερό γίνει πάγος τα µόρια του σχηµατίζουν εξάγωνα, οπότε ο χώρος που καταλαµβάνουν είναι µεγαλύτερος. Κατά την τήξη του νερού, ο αριθµός των µορίων παραµένει ο ίδιος 45 Στο πάγο, τα µόρια βρίσκονται σε απόσταση Στο νερό, τα µόρια βρίσκονται σε επαφή 46 Αλλαγές κατάστασης Τήξη είναι η µετατροπή ενός σώµατος από την στερεή στην υγρή κατάσταση Πήξη είναι η µετατροπή ενός σώµατος από την υγρή στην στερεή κατάσταση Εξάτµιση είναι η µετατροπή ενός σώµατος από την υγρή στην αέρια κατάσταση 47 48
Αναπαράσταση:Πήξης - Τήξης Πήξη Πείραµα Σηµείο πήξης νερού Κατά παρόµοιο τρόπο όταν κάποιο σώµα θερµανθεί, απορροφά ενέργεια, και τα µόρια του κινούνται πιο έντονα Όταν αρχίσετε να χοροπηδάτε πιο δύσκολα κρατιέστε σε σύνδεση. 49 Ηθερµοκρασία του νερού παραµένει σταθερή (στους 0 ο C) µέχρι να γίνει όλο το νερό πάγος. 50 Τήξη Εξάτµιση (βρασµός) Πείραµα Σηµείο τήξης νερού Πείραµα Σηµείο εξάτµισης νερού Ηθερµοκρασία του νερού παραµένει σταθερή (στους 0 ο C) µέχρι να λιώσει όλος ο πάγος. 51 Ηθερµοκρασία του νερού παραµένει σταθερή (στους 100 ο C) µέχρι να εξατµισθεί όλο το νερό52
Πείραµα Αλλαγή σηµείου πήξης του νερού µετηνπροσθήκηάλατος Αλλαγή σηµείο πήξης νερού, µε την προσθήκη άλατος Πείραµα Αλλαγή σηµείου πήξης του νερού µε την αύξηση της πίεσης Με την άσκηση πίεσης πάνω στο πάγο, το σύρµα κόβει τον πάγο. ηλαδή ο πάγος λιώνει µετην άσκηση πίεσης Στη συνέχεια ο πάγος πήζει και πάλι. Το φαινόµενο ονοµάζεται ανάπηξη Γιατί στις ψυχρές χώρες σκορπούν αλάτι στους δρόµους λίγο πριν την χιονόπτωση; 53 ηλαδή µετηνάσκηση πίεσης χαµηλώνει το σηµείο πήξης-τήξης του πάγου. 54 Ερωτήσεις Συνδυάστε το φαινόµενο της ανάπηξης µετις χιονόµπαλες. Συνδυάστε το φαινόµενο της ανάπηξης µε τοτι συµβαίνει µε τα πατίνια ενός παγοδροµέα. Γιατί σε χαµηλές θερµοκρασίες χρησιµοποιούµε αντιπηκτικόυγρόστοαυτοκίνητο. Αλλαγές φάσης στο νερό Β Α Γ Νερό Ε Εξάτµιση: συνύπαρξη νερού και Ζ ατµού Ατµός 55 Τήξη: συνύπαρξη νερού και πάγου 56
Άσκηση H γραφική παράσταση δείχνει τη µεταβολή της θερµοκρασίας µε το χρόνο για ένα µέταλλο που ψύχεται από τους 300 ο C. Συµπεριφορά των µορίων του νερού κατά το βρασµού 1) Σε ποιά φάση βρίσκεται το µέταλλο στα κοµµάτια ΑΒ, ΒΓ, Γ 2) Από τη στιγµή που άρχισε η στερεοποίηση του µετάλλου, πόσο χρόνο χρειάστηκε για να στερεοποιηθεί όλη η µάζα του; 3) Ποιό το σηµείο πήξεως/τήξεως του µετάλλου; 57 Κατά το βρασµόοιδεσµοί µεταξύ των µορίων του υγρού σπάζουν και τα µόρια κινούνται εντελώς ελεύθερα 58 Βρασµός Υγροποίηση υδρατµών 59 Υγροποίηση των υδρατµών στα παράθυρα Υγροποίηση των υδρατµών στην ατµόσφαιρα δηµιουργούν τα σύννεφα. Εξάτµιση ατµών από τη τσαγιέρα. 60
Εξάτµιση Οταν το νερό εξατµίζεται σωµατίδια διαφεύγουν στη ατµόσφαιρα υπό µορφή υδρατµών. παράγοντες από τους οποίους εξαρτάται η εξάτµιση Αύξηση θερµοκρασίας Τα ρούχα στεγνώνουν γρηγορότερα αν η µέρα είναι θερµή. Μείωση υγρασίας Αν η µέρα είναι υγρή, τα ρούχα στεγνώνουν πιο αργά, γιατί µόρια υδρατµών επιστρέφουν πίσω στα ρούχα σχεδόν µε την ίδια ταχύτητα που διαφεύγουν. Ένταση αέρα Τα ρούχα στεγνώνουν πιο εύκολα αν ο αέρας είναι πιο δυνατός, γιατί µεταφέρονται µακριά µόρια του αέρα και δεν ξαναεπιστρέφουν πίσω στα ρούχα. Αύξηση επιφάνειας Μετά από µια βροχερή µέρα, το νερό στους δρόµους εξατµίζεται γρηγορότερα, απ οτι σ ένα κουβά. 61 62 Οµως κάποια σωµατίδια επιστρέφουν πίσω στο υγρό. Σελίδα 65: 2, 3, 4, 6, 7. Σελίδα 68: 1, 2, 3, 4, 6, 8. Ασκήσεις 63 64
Αγωγοί και µονωτές Παραδείγµατα : Γιατί ανακατεύουµετοφαγητόµε ξύλινηκουτάλα Γιατί τοποθετούµε πολυστερίνη στο ενδιάµεσο των διπλών τοίχων. 1. Αγωγοί (καλοί αγωγοί) : σώµατα στα οποία, διαµέσου τους διαδίδεται η θερµότητα Μέταλλα 2. Μονωτές (κακοί αγωγοί) :σώµατα στα οποία, διαµέσου τους δεν διαδίδεται η θερµότητα πλαστικά, χαρτί, φελλός, πολυστερίνη. Πως άγεται η θερµότητα Πως µεταφέρεται η θερµοκρασία Παράδειγµα : θέρµανση µεταλλικής ράβδου από φλόγα λυχνίας. Τα µόρια του µετάλλου που είναι κοντά στη φλόγα κινούνται πιο έντονα Μεταφέρουν ενέργεια στα γειτονικά µόρια Η διαδικασία αυτή συνεχίζεται µέχρι όλα τα µόρια να αποκτήσουν την ίδια θερµοκρασία. 65 66 Αγωγοί και µονωτές Εφαρµογή αγωγιµότητας Αγωγοί Μονωτές Όταν πατήσουµε ξυπόλυτοι στα πλακάκια, λόγω του ότι είναι καλοί αγωγοί της θερµοτητας, µεταφέρεται θερµότητα από τα πόδια µας στα πλακάκια Αυτή είναι η αιτία που αισθανόµαστε πιο πολύ το κρύο όταν περπατούµε ξυπόλυτοι στα πλακάκια 67 Το αντίθετο συµβαίνει όταν περπατούµεπάνωσε χαλί. Γιατί; 68
Άσκηση Οταν η µία από τις άκρες µιας µεταλλικής βελόνας πλεξίµατος ακουµπά επάνω σε ένα κοµµάτι πάγου, µετά από λίγο αισθανόµαστε ότι η άκρη από την οποία την κρατάµεέχεικρυώσει. Εξηγήστε γιατί συµβαίνει αυτό. Άσκηση Τον χειµώνα φοράµεσυνήθωςµάλλινα ρουχα για να µην κρυώνουµε. Να εξηγήσετε γιατί. Τα µάλλινα ρούχα συµπεριφέρονται σαν θερµοµονωτικά σώµατα, γιατί το πλέξιµό τουςείναι τέτοιο, που παγιδεύει µέσα στους µικρούς χώρους µεταξύ των κλωστών αέρα (θερµοµονωτικό υλικό). 69 Έτσι µεταµάλλινα ρούχα περιορίζεται η αποβολή θερµότητας απότοσώµα µας προς το περιβάλλον τις κρύες µέρες του χειµώνα. 70 Ρεύµατα Μεταφοράς 71 72
Ρεύµατα αέρος Κατά τη διάρκεια της ηµέρας, όταν υπάρχει ηλιοφάνεια, η στεριά θερµαίνεται περισσότερο από τη θάλασσα. Θερµός αέρας ανεβαίνει πάνω από τη στεριά. Σελίδα 71: 1, 2, 3, 5, 6. Ασκήσεις Ακολούθως τη αντικαθίσταται από κρύο αέρα που κινείται από θάλασσα 73 74 Άσκηση Aναφέρετε δύο παραδείγµατα από τα οποία να προκύπτει ότιοπάγοςλειτουργείωςθερµοµονωτικό υλικό. 1. Μερικές µέρες του χειµώνα, στην επιφάνεια κάποιων λιµνών δηµιουργείται στρώµαπάγου, ενώ το νερό που βρίσκεται βαθύτερα δεν παγώνει ποτέ. Ένας από τους λόγους στους οποίους οφείλεται αυτό, είναι το γεγονός ότι ο πάγος της επιφάνειας λειτουργεί ως θερµοµονωτικό υλικό που εµποδίζει τη µεταφορά θερµότητας από τα βαθύτερα στρώµατα της λίµνηςπροςτηνατµόσφαιρα και έτσι τα στρώµατααυτάδενψύχωντα Άσκηση Ο παρακάτω πίνακας δείχνει πώς µεταβάλλεται κατά την τήξη η θερµοκρασία ενός υλικού, το οποίο θερµαίνεται σε σταθερή φλόγα. Να σχεδιάσετε το διάγραµµαθερµοκρασίας χρόνου για το υλικό αυτό. 2. Οι Εσκιµώοι κατασκευάζουν µεπάγοταπροσωρινάσπίτιατους (Igloo), διότι ο πάγος, ως θερµοµονωτικό υλικό που είναι, εµποδίζει τη µεταφορά θερµότητας από το εσωτερικό του σπιτιού προς την 75 ατµόσφαιρα κι έτσι το εσωτερικό του σπιτιού παραµένει ζεστό. 76
Άσκηση Η γραφική παράσταση του σχήµατος δείχνει πως µεταβάλλεται µε το χρόνο η θερµοκρασία µιας ποσότητας πάγου που θερµαίνεται σε σταθερή φλόγα. 1. Πόσο χρόνο θερµάνθηκε ο πάγος µέχρι να µετατραπεί εξ ολοκλήρου σε νερό; 2. Πόσοχρόνοδιήρκεσετολιώσιµο τουπάγου; 3. 10 λεπτά µετά τη στιγµή που ο πάγος αρχίζει να λιώνει, µέσα στο δοχείο θέρµανσης υπάρχει µόνο πάγος, µόνο νερό ή και πάγος και 77 νερό; Ο πάγος είναι θερµοµονωτικό υλικό Aναφέρετε δύο παραδείγµατα από τα οποία να προκύπτει ότι ο πάγος λειτουργεί ως θερµοµονωτικό υλικό. 1. Μερικές µέρες του χειµώνα, στην επιφάνεια κάποιων λιµνών δηµιουργείται στρώµαπάγου, ενώ το νερό που βρίσκεται βαθύτερα δεν παγώνει ποτέ. 2. Οι Εσκιµώοι κατασκευάζουν µε πάγο τα προσωρινά σπίτια τους(igloo) 78 Εργαστήριο:ΑΛΛΑΓΕΣ ΦΑΣΗΣ ΣΩΜΑΤΩΝ (Τήξη, πήξη, εξαέρωση) Α) ΕΙΣΑΓΩΓΗ: Όταν κάποιο σώµα θερµαίνεται εκτός από διαστολή, παθαίνει και αλλαγή φάσης. 79 80
Β) ΟΡΓΑΝΑ: Κοµµάτια παραφίνης Κύβοι πάγου οκιµαστικοί σωλήνες οχείο pirex (250 ml) Αισθητήρας θερµοκρασίας (Temperature sensor) Stand για τοποθέτηση του αισθητήρα Συσκευή Multilog Αλάτι Νερό 81 Γ) ΣΥΝ ΕΣΜΟΛΟΓΙΑ ΠΕΙΡΑΜΑΤΟΣ : 1. Συνδέουµε τοmultilog µετοserial port του Η/Υ. 2. Συνδέουµε τον αισθητήρα της θερµοκρασίας µε το Multilog. 3. Συνδέουµε ταόργαναόπωςτοπιοκάτωσχήµα, οχείο Α οχείο Β 82 ) SET UP MULTILOG: Input 1: Temperature Range: -25-110 o C Samples: 180 Rate: Every 30 seconds Trig: None 83 Ε) ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΗ ΙΑ ΙΚΑΣΙΑ: Πείραµα 1(Τήξη παραφίνης): 1. Τοποθετούµεστοδοκιµαστικό σωλήνα Β κοµµάτια από παραφίνη. 2. Τοποθετούµετοδοκιµαστικό σωλήνα Β µέσα στο δοκιµαστικό σωλήνα Α, ο οποίος περιέχει νερό το οποίο θερµαίνεται. 3. Αφήνουµε την παραφίνη να υγροποιηθεί (αλλαγή φάσης απόστερεόσευγρό) τελείως. 4. Κατεβάστετοθερµαινόµενο δοχείο από τη φωτιά. 5. Τοποθετείστε τον αισθητήρα της θερµοκρασίας στο σωλήνα Β και πατήστε start στο Multilog. 6. Στην οθόνη του υπολογιστή αρχίζει να καταγράφεται η θερµοκρασία της παραφίνης. 84
Καταγράφουµετιςµετρήσεις µας στον πιο κάτω πίνακα. Χρόνος t(s) Παραφίνη: θ ( o C ) Πίνακας Α Πείραµα 2 (Τήξη πάγου): : 1. Τοποθετούµεστοδοκιµαστικό σωλήνα Α κοµµάτια από πάγο και παγωµένο νερό. 2. Τοποθετούµεστοδοκιµαστικό σωλήνα Α 5 ml νερού και στη συνέχεια τον τοποθετούµε µέσα στο δοχείο Β. 3. Τοποθετούµε τον αισθητήρα της θερµοκρασίας στο σωλήνα Α και πατούµε start στο Multilog. 4. Στη συνέχεια Τοποθετούµε πέντε κουταλιές αλάτι στο σωλήνα Α. 5. Στην οθόνη του υπολογιστή αρχίζει να καταγράφεται η θερµοκρασία στο δοχείο Β. 6. Σταµατούµε τιςµετρήσεις µετά από 15 λεπτά. 7. Στην οθόνη του υπολογιστή αρχίζει να καταγράφεται η θερµοκρασία του πάγου. 85 86 Καταγράφουµετιςµετρήσεις µας στον πιο κάτω πίνακα. Χρόνος t(s) νερό: θ ( o C ) Ζ) ΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑ -ΑΝΑΛΥΣΗ ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΩΝ Ε ΟΜΕΝΩΝ Εκτελούµε τη γραφική παράσταση θερµοκρασίας - χρόνου Γραφική παράσταση: θερµοκρασίας- χρόνου για παραφίνη Πίνακας Β 110 100 90 80 Θερµοκρασία (0 C) 70 60 50 40 30 20 10 0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 87 Χρόνος(min) Στο τετραγωνισµένο χαρτί 88
Στα πειράµατα 1, 2 προκύπτουν οι πιο κάτω γ.π. Στα πειράµατα 2, 3 προκύπτουν οι πιο κάτω γ.π. Πήξη πάγου Τήξη πάγου Πήξη πάγου Τήξη πάγου 89 90 Εργαστήριο 2: ΝΟΜΟΣ ΤΗΣ ΘΕΡΜΙ ΟΜΕΤΡΙΑΣ Q=cm θ Α) Θεωρία: 91 92
Β) ΟΡΓΑΝΑ - ΥΛΙΚΑ: οκιµαστικοί σωλήνες οχείο pirex (250 ml) Αισθητήρας θερµοκρασίας (Temperature sensor) Συσκευή Multilog Λυχνία ή ηλεκτρική εστία Ζυγός Αναδευτήρας Γ) ΕΚΤΕΛΕΣΗ-Πείραµα 1: Εξάρτηση από είδος υλικού Σε δύο πανοµοιότυπα δοχεία ζέσεως τοποθετώ 200 g νερό και 200 g λάδι. Καταγράφουµε, στο πιο κάτω πίνακα τις θερµοκρασίες για κάθε 1 min. Νερό, Λάδι 93 94 ) ΜΕΤΡΗΣΕΙΣ: Καταχωρούµε τιςµετρήσεις µας στον πιο κάτω πίνακα Χρόνος t(s) Νερό: θ 1 ( o C ) Λάδι: θ 2 ( o C ) Ζ) ΕΚΤΕΛΕΣΗ-Πείραµα 1: Εξάρτηση από µάζα υλικού Σε δύο πανοµοιότυπα δοχεία ζέσεως τοποθετώ 100 g και 200 g νερό. Καταγράφουµε, στο πιο κάτω πίνακα, τις θερµοκρασίες για κάθε 1 min. 95 96
Η) ΜΕΤΡΗΣΕΙΣ: Καταχωρούµε τιςµετρήσεις µας στον πιο κάτω πίνακα Εξάρτηση από µάζα υλικού Χρόνος t(s) Μάζα 100 g: θ 1 ( o C ) Μάζα 200 g: θ1 ( o C ) 120 100 Θερµοκρασία (ο C) 80 60 40 20 97 0 0 1 2 3 4 5 6 Χρόνος (s) 98 Ζ) ΕΚΤΕΛΕΣΗ-Πείραµα 1: Εξάρτηση από µεταβολή θερµοκρασίας ( θ) υλικού Χρησιµοποιώντας το πίνακα Η, συµπληρώνουµε τονπιο κάτω πίνακα Χρόνος t(s) Μάζα 100 g: θ 1 ( o C ) θ ( o C ) Η) ΜΕΤΡΗΣΕΙΣ: Καταχωρούµε τιςµετρήσεις µας στον πιο κάτω πίνακα Χρόνος t(s) Μάζα 100 g: θ 1 ( o C ) Μάζα 100 g: θ1 ( o C ) 99 100
Εξάρτηση από είδος (c) του σώµατος Εξάρτηση από υλικό: νερό-λάδι Εξάρτηση από µάζα (m) του σώµατος Εξάρτηση από µάζα υλικού 130 75 120 70 110 100 65 60 55 Θερµοκρασία (ο C) 90 80 70 60 50 40 Νερό: θ1 ( oc ) Λάδι: θ2 ( oc ) Θερµοκρασία (ο C) 50 45 40 35 30 25 20 Μάζα 100 g: θ1 ( oc ) Μάζα 200 g: θ1 ( oc ) 30 15 20 10 10 0 0 1 2 3 4 5 6 Χρόνος (s) 5 0 0 1 2 3 4 5 6 Χρόνος (s) Να συγκρίνετε το χρόνο που χρειάζεται το λάδι και το νερό για µεταβολές στη θερµοκρασία 10 ο C 20 ο C 101 Να συγκρίνετε το χρόνο που χρειάζεται το νερό 100 g και 200 g, για µεταβολές στη θερµοκρασία 10 ο C 102 20 ο C Επαναληπτικές ασκήσεις 1. 1 Kg νερού και 1 Kg σιδήρου βρίσκονται σε θερµοκρασία 5 o C. Θερµαίνουµεκαιτο νερόκαιτοσίδηροστους20 o C. Ποιο από τα δύο υλικά χρειάστηκε περισσότερη θερµότητα.( C νερού >C σιδήρου ) 2. Για να αυξηθεί η θερµοκρασία 1 Kg χαλκού κατά 5 o C, απαιτείται ποσό θερµότητας ίσο µε 2000 J. 103 104