ВИМІРЮВАННЯ ТЕПЛА

тепла

Ми збираємося розрахувати тепло, яке наш кемпінговий пальник передає у склянку з водою, вимірюючи лише час та температуру. Який% від загальної кількості тепла йде у воду?

Ми ставимо склянку 200 г води (див., Як їх виміряти)

Ми центруємо скло на азбестовій сітці, а запальничку розміщуємо знизу, а її кінець центрує на відстані 2 см (виміряно) від сітки.

Ми вводимо у воду зонд, який підключений до автоматичного реєструючого пристрою і відповідає за вимірювання температури щохвилини. Якщо у нас немає цього приладу, достатньо простого термометра та годинника, щоб знати коливання температури в часі.

Ми маніпулюємо на вході повітря для досягнення оптимального горіння.

На нижній фотографії полум'я має максимальну теплотворну здатність, і азбест розподіляє тепло по всій площі для досягнення однорідного нагрівання в основі.

Якщо скло скла не є Pyrex, сильне місцеве нагрівання може спричинити напруження розширення, які можуть його розбити.

Вимірюємо температуру хвилину за хвилиною. Через п’ять хвилин можна припустити, що азбестова сітка досягла рівноважної температури і що відтепер усе отримане тепло передається склу та його оточенню.

Ми реєструємо температуру ще протягом п’яти хвилин, з хвилини в хвилину, і, роблячи це, ми струшуємо, щоб вирівняти температуру. Пристрій запису показує нам ці дані:

Після цього досвіду ми отримуємо цю таблицю температури - часу

TIME (хвилин) початковий 5 6 7 8 9 10
ТЕМПЕРАТУРА (ºC) 17 37.3 42,7 45.9 53.4 56,8 60.3

Незважаючи на коливання, які можуть бути наслідком поганого трясіння, нахил лінії рівномірний. Ми проводимо експеримент кілька разів, і невеликі коливання завжди з’являються в різних місцях.

У таблиці ми бачимо, що за 5 хвилин температура піднялася з 37,3 до 60,3ºC, що означає підвищення на 23ºC.

Ми повторюємо експеримент, усереднюємо значення і знаходимо підвищення в різних діапазонах температур (від 7 до 12 хвилин тощо). Ми отримуємо підвищення температури приблизно на 20º кожні 5 хвилин. Ми не ризикуємо отримати більшу точність, і ми допускаємо неточність приблизно 2 ºC.

Тепло, отримане водою у склі за ці 5 хвилин, було: D Q = m.Ce. (T F ? T O)

Питома теплота води дорівнює 1, якщо визначити її в калоріях/г: 1 грам рідкої води потребує вкладу 1 калорії, щоб підвищити її температуру на один градус. У так. Ce води становить 4180 Дж/кгºС.

D Q = 0,2418020 = 16 720 ± 1500 Дж

Найбільше, що може змінити наші дані, це два ступені невизначеності, оскільки невизначеність маси набагато нижча. Ми визнаємо неточність приблизно 1500 Дж.

Ми прийшли до висновку, що це теплова енергія, яку наше скло завжди отримуватиме від цієї запальнички, розміщеної таким чином, протягом п’яти хвилин.

Тепло, подане запальничкою за певний час

У книзі ми розглядаємо теплотворну здатність газу в балоні (це хімічно недостатньо визначена речовина, оскільки воно змінюється залежно від походження і не є таким точним, як знання про згоряння чистого бутану), і ми отримуємо 46 МДж/кг = 46000 Дж/г.

Ми зважуємо запальничку з кемпінгом і тримаємо її під оптимальним полум’ям протягом тридцяти хвилин. Потім ми його вимикаємо і даємо охолонути. Після охолодження ми знову зважуємо його і спостерігаємо зменшення його маси.

За півгодини його маса зменшилася на 18 г.

Коли в балоні залишалося менше газу, ми проводили ще одне вимірювання спожитого газу, і отримане значення було нижчим. Ми не розуміємо цього явища, оскільки всередині балона, над рідким бутаном, газ бутану завжди знаходиться під однаковим тиском, хоча рідини в балоні менше.

Ми усереднюємо значення і визнаємо, що 3 г спалюються за 5 хвилин. Ми допускаємо помилку 0,1 г.

Тому за п’ять хвилин спалюється 3 г, які виділяють:

46000 Дж/г 3 г = 138000 Дж

Ми збираємося розрахувати ефективність процесу нагрівання скляної води.

Ми знаємо тепло, яке запальничка давала за п’ять хвилин, і знаємо кількість тепла, яке надходило до води у склянці в той же час. Відсоток використання складає:

Ми повторили досвід кілька разів і отримуємо середні дані, що відповідають вищезазначеному. Всякий раз, коли ми використовуємо ту запальну газову запальничку з оптимальним згорянням, розміщену на однаковій відстані від азбестової сітки, центровану та над тією ж склянкою з рідиною, ми знаємо кількість теплоти, яку він отримує, просто вимірюючи час.

Кожні п’ять хвилин скло отримуватиме близько 16 700 ± 1500 Дж

Через 5 хвилин ми можемо припустити, що запальничка дасть від 15200 Дж до 18200 Дж на будь-яке скло, розміщене за однакових умов.