Feladat

Emlékezhet a tavalyi "Tea at Five" példára 1. Ezt azonban nem kell tudnia a feladat sikeres megoldásához. Ebben a Mato 2 arra a zavaró tényre jutott, hogy ha teáskannából forró vizet öntött kedvenc csészéjébe, akkor bizonyos mennyiségű víz kimerült, mielőtt a tea lehűlt volna ahhoz, hogy meg lehessen inni.

De tudod, hogy megy. Az elméleti fizikusok kiszámítanak valamit, de a valóság gyakran más. Ezért ezúttal mindent őszintén mérj. Próbáld meg kísérletileg kideríteni, hogy mennyi tea és milyen gyorsan "csökken" a csészében a kezdeti hőmérséklet függvényében. A kísérletekhez próbáljon ki nyitott és zárt csészéket is. Az eredmények alapján próbálja megbecsülni, hogy a tea elvesztése mögött párolgás vagy hőtágulás áll-e. A kísérlet megtervezésekor inspirálódhat a "Tea ötnél" feladat mintamegoldása. Javasoljuk a méréshez egy magas tartály (pl. Mérőhenger) használatát.

Akik nem, vagy akik nem oldották meg tavaly az FKS-t, megtalálják a 31. év nyári sorozatának 1. fordulójában↩

Figyelem, nem az a Mato, aki az első és a második forduló példáiban szerepelt ... ↩

Tehát a tavalyi fenyegetések valóra váltak, és a feladat ismét itt van, ezúttal kísérleti formában. Nos, egy kis segítség, elvégre veszek egy teáskannát, felforralok vizet, felöntöm a teát, néhányszor megmérem a cseppet, és felkészültem. Kilenc pont ingyen. Vagy talán nem.

Forraljunk tehát vizet, és közben megbeszéljük, hogy mit, hogyan és miért fogunk csinálni. A megbízás olyan kegyes, hogy azt mondja nekünk, hogy elsősorban maga a víz hőtágulása és hajlandósága a hideg idején elpárologni a környező térbe. Már alapos elméleti indoklást és micsoda számításokat adott az egész jelenség körül problémás lelkiismeretének a tavalyi Tea at Five 1 szerepében, így nem foglalkozunk vele részletesen.

Mérési eljárás

Olvas? Tehát, ha elméletileg kellően izgatottak vagyunk, folytathatjuk a mérést. Először is gondolkodjunk azon, hogy teáskanna helyett jobb egy szokásos és zárható edényt használni, például egy IKEA-kirándulás során megszerzett családi kristályt vagy a dédnagymamától örökölt hengeres lekvárcsészét. Ezenkívül a lekvárcsészének megvan az az előnye, hogy általában fedéllel van ellátva, amelynek segítségével a mérés első része könnyen elvégezhető. Ha nincs fedél, akkor használunk például egy átlátszó fóliát, amelyet a csésze perforált vége körül rugalmas szalaggal meghúzunk a biztonság kedvéért.

Talán mindenki számára világos, hogy ha jól becsukjuk a csészét, akkor a benne lévő tea súlya - és ennélfogva a tényleges mennyisége, azaz a részecskék száma - nem változhat, ezért a térfogat bármilyen változásáért más jelenségeknek kell felelősséget vállalni. Ha a negyedik dimenzióból kizárjuk a szomjas idegenek hatását, akik balekjuk nélkül is a csészébe kerülnek, akkor a térfogatváltozásnak magának a teanek a hőtágulásának kell lennie.

A konténereken kívül azonban más professzionális felszerelésekre is szükségünk van. Először is egy kifinomult eszközt használunk a víz melegítésére, például elektromos vízforralót vagy gáztűzhelyet. Másodsorban valamivel meg kell mérnünk a víz kezdeti tömegét, ezért konyhai mérlegeket, vagy kulturálisabb környezetben laboratóriumi mérlegeket, ill. digitális mikrobalancia. Harmadszor, hasznos lenne egy hőmérő, akár alkoholos, akár digitális. Mindenesetre képesnek kell lennie legalább \ (\ SI \) hőmérsékletnek .

Természetesen szeretnénk valamivel mérni a hangerőt. Ezt többféleképpen is meg lehet tenni, például mérőhenger, fecskendők, a tartály megfelelő mérése és a keresztmetszet későbbi integrálása révén annak teljes magasságában ... Mivel azonban kéznél van súlyunk, a sűrűség értéke kötetre konvertálva.

Végül, de nem utolsósorban rájövünk, hogy nem kell mérnünk a hőmérsékletet a különböző kezdeti hőmérsékleteknél, de elmondhatjuk, hogy minden hőmérsékletmérés a kezdeti hőmérséklet függvényében a pálya új mérésének kezdete lesz. Így nagy mennyiségű áramot, időt és mindenekelőtt a saját idegeinket takaríthatjuk meg. 2

A legelején megmérjük az üres száraz poharak súlyát, beleértve az összes fedelet, fedelet és gumiszalagot. Ez a súly nem érdekes számunkra, és nagy boldogságunkra az idő múlásával nem változik, ezért további karcolások nélkül kivonhatjuk közvetlenül a súly által mutatott értékekből. Alternatív megoldásként, ha valamivel okosabb a súlyunk, akkor egy üres pohárral bebarníthatjuk, vagyis az üres pohár súlyát állíthatjuk referenciaértékként. Ezután megjelöljük a táblázatban a már csökkentett, tarolt értékeket. Ha azonban nincs okos súlyunk, akkor a jegyzetek minden bizonnyal tartalmaznak "nyers" értékeket, alapvetően az összes korrekciót békésen végezzük a jelentés megírásakor, nem az égő és elmosódott laboratóriumban, és egyáltalán nem fejből.!

Most öntsön forró vizet az üvegbe egy rögzített magasságig (például a jelig vagy a felső széléig), és vigye óvatosan a mérlegre. A keze rongyos végével fogja meg a hőmérőt, és helyezze annak akciós részét (azaz az alkoholtartályt vagy az érzékelőt) a vízbe, és várja meg, amíg az érték stabilizálódik. Lehetséges, hogy a hőmérséklet gyorsan csökken a forráspont alá, mert a víz nemcsak a levegővel, hanem egy viszonylag hideg csészével is energiát cserél. De nem számít, sehol sincs megírva, hogy a forráspontnál kell elkezdenünk mérni. Még jobb várni egy rövid ideig, amíg a hőmérséklet ilyen gyorsan változik.

Mérés

Kétszer hajtottuk végre a mérést két különböző pohárral, lekvárral és rendes. Ahogy ígértük, először lemértünk üres, nyitott (\ (m_o \)) és csukott (\ (m_z \)) csészéket. Kivonjuk a súlyukat a teljes mért súlyból. Ezután minden alkalommal öregítjük a mérleget, a bezárt poharakat szobahőmérsékletű vízzel megtöltjük és újra lemérjük. Így kapjuk meg a víz tömegét \ (m_v \) és alakítjuk át egy csésze térfogatává. Még a \ (\ rho = \ SI \) érték mellett sem követünk el nagy hibát.

mért csésze súlyok és számított térfogatok csésze \ (m_o/\ si \) \ (m_z/\ si \) \ (m_v/\ si \) \ (V/\ si \)
IKEA \ (\ szám \) \ (\ szám \) \ (\ szám \) \ (\ szám \)
lekvár \ (\ szám \) \ (\ szám \) \ (\ szám \) \ (\ szám \)

Az első részben megmértük a tisztán hőtágulás okozta térfogatcsökkenést: mindkét poharat a felső széléig frissen csapdázott vízzel töltöttünk meg, gondosan lezártuk (vagy lefóliáztuk) és lemértük. Ezután néhány órát (egy éjszakán át) állni hagytuk őket. Reggelre mindkettő szobahőmérsékletű volt ((SI) .

tau_ mathrm
Kísérleti pohár, műanyag fóliával lezárva

Ezt követően kinyitottuk a poharakat, és tetejére ugyanolyan hőmérsékletű állóvízzel töltöttük fel őket. Újra lemértük a csészéket, és a különbséget \ (\ Delta V \) alakítottuk át. Végül kifejeztük a \ (\ Delta T \) volumetrikus hőtágulását, \ (\ beta = 1 - \ frac \) .

a víz térfogata és hőtágulása csésze \ (V_0/\ si \) \ (\ Delta V/\ si \) \ (\ Delta T/\ si \) \ (\ beta/1 \)
IKEA \ (\ szám \) \ (\ szám \) \ (\ szám \) \ (\ szám \)
lekvár \ (\ szám \) \ (\ szám \) \ (\ szám \) \ (\ szám \)

Mindkét mérés azt mutatja, hogy a teáskannában megközelítőleg \ (\ SI \) a vízmennyiség elvész a hűtés miatt.

A második részben fedetlenül hagytuk a poharakat. Újra feltöltöttük őket forró vízzel, megmértük az egész csésze hőmérsékletét és súlyát, és az adatokat rögzítettük a táblázatban. Ezután bizonyos időközönként megismételtük ezt az eljárást, amíg a víz szobahőmérsékletre nem hűlt.

Kísérleti készülék: vízüveg és digitális mérleg. A víz hőmérsékletét digitális hőmérővel mérik

A mérés teljes második részét ideális esetben többször meg kell ismételni. A változó körülmények, különösen a helyiség páratartalmának nagy változása miatt nem sikerült. Figyelembe vesszük a hőmérő pontosságát a \ (\ SI \) szinten. A \ (\ tau_ \ mathrm \) és a (\ tau_ \ mathrm \) mennyiségek kifejezik a relatív súlyt az első méréshez képest - ábrázoljuk a grafikonokban, mert nem érdekel a csésze tényleges mérete.

a víz tömegének csökkenése mindkét csészében \ (t/\ si \) \ (T_ \ mathrm/\ si \) \ (m_ \ mathrm/\ si \) \ (\ tau_ \ mathrm \) \ (T_ \ mathrm/\ si \) \ (m_ \ mathrm/\ si \) \ (\ tau_ \ mathrm \)
\ (\ szám \) \ (\ szám \) \ (\ szám \) \ (\ szám \) \ (\ szám \) \ (\ szám \) \ (\ szám \)
\ (\ szám \) \ (\ szám \) \ (\ szám \) \ (\ szám \) \ (\ szám \) \ (\ szám \) \ (\ szám \)
\ (\ szám \) \ (\ szám \) \ (\ szám \) \ (\ szám \) \ (\ szám \) \ (\ szám \) \ (\ szám \)
\ (\ szám \) \ (\ szám \) \ (\ szám \) \ (\ szám \) \ (\ szám \) \ (\ szám \) \ (\ szám \)
\ (\ szám \) \ (\ szám \) \ (\ szám \) \ (\ szám \) \ (\ szám \) \ (\ szám \) \ (\ szám \)
\ (\ szám \) \ (\ szám \) \ (\ szám \) \ (\ szám \) \ (\ szám \) \ (\ szám \) \ (\ szám \)
\ (\ szám \) \ (\ szám \) \ (\ szám \) \ (\ szám \) \ (\ szám \) \ (\ szám \) \ (\ szám \)
\ (\ szám \) \ (\ szám \) \ (\ szám \) \ (\ szám \) \ (\ szám \) \ (\ szám \) \ (\ szám \)

Végül két grafikonon vizualizáljuk az adatokat. Az elsőben a súlyt ábrázoljuk az eltelt idő függvényében, a másodikban az aktuális hőmérsékletet ábrázoljuk. A teljesség kedvéért a "nulla" grafikonon megmutatjuk, hogyan változott a hőmérséklet az idővel.

A víz hőmérsékletének (T) függése az eltelt időtől A víz relatív tömegének \ (\ tau \) az eltelt időtől való függésének grafikonja A víz relatív tömegének \ (\ tau \) függése a hőmérséklettől

A súlycsökkenés időfüggése első pillantásra exponenciális, a második nagyon megközelítően lineárisnak tűnik. Ez azonban nem lehet teljesen így, mert a szobahőmérséklet elérése után is tovább párolog a víz. Ezenkívül az első függőség sokkal jobban illeszkedik a \ (f (x) = ae ^ + cx + d \) alak függvényével, azaz egy exponenciális plusz lineáris csökkenéssel (lásd a grafikont).

Összefoglalhatjuk tehát eredményeinket: szobahőmérsékletre történő lehűlés során hozzávetőlegesen \ (\ SI \) veszítettünk, ill. \ (\ SI \) víz. Összehasonlítva mindkét csésze \ (1 - \ tau \) és \ (\ beta \) értékeit, azt látjuk, hogy mindkét hatás nagyjából egyenlő részekkel járul hozzá a veszteséghez. Véleményünk szerint az eltérő csökkenési ütem elsősorban a szabad szintek nagyságának nagy különbségének tudható be. A lekvárcsésze felül kúpos, míg a közönséges csésze kitágul, így nagyobb a terület, ahonnan a víz elpárologhat.

Mérési hibák

Bár természetesen mindannyian teljesen elképesztőek vagyunk, nem kerüljük el bizonyos fizikai kellemetlenségeket. Például megéghetünk egy forró poharat, ledobhatjuk az asztalra vízzel és kiönthetjük a víz egy részét. 3 Ebben az esetben azonban nincs más választásunk, mint megismételni a teljes mérést. Még ha nem is öntünk ki semmit, vagy más módon nem értékeltük le, nem tudtuk elkerülni bizonyos szisztematikus hibákat.

Először maga a pohár hőtágulása állt elő, amely pontosságunkkal nem biztos, hogy teljesen elhanyagolható, különösen azért, mert a térfogat növekszik a hosszúság harmadik teljesítményével. A hőmérséklet változásával azonban az üveg sokkal kevésbé tágul, mint a víz. Ha azonban lenne féknyereg, akkor nem lenne olyan reménytelen kijavítani ezt a hibát. A csésze alakja befolyásolhatja a tea szabad szintjének méretét is - természetesen minél nagyobb a szabad felület, annál gyorsabban zajlik a párolgás.

Nagyon fontos paraméter, amely azonban ellenőrzött módon nagyon rosszul változik 4, a helyiség páratartalma. Ha a levegő teljesen telített lenne vízgőzzel, a csészében lévő víz eljutna az ún dinamikus egyensúly - annyi molekula szabadul fel a folyadékból, mintha a levegő véletlenszerű mikroszkópos mozgása révén ismét leszállna benne. Ezzel szemben száraz levegőben a felszabadult molekulák nagyon könnyen szétszóródnának, és ha valamilyen módon (például szellőztetéssel) eltávolítanánk őket a helyiségből is, a víz viszonylag gyorsan eltűnne az üvegből.

Ne feledje azonban, hogy ez csak akkor érvényes, ha a hőmérséklet szobahőmérsékletre süllyedt! Ugyanis amíg a csésze meleg, a környező levegő is túlmelegszik. Azonban a vízgőz mennyisége, amelyet a levegő képes elnyelni, a hőmérséklet hatására hirtelen megnő, így a csésze közelében lévő meleg levegő több vizet tudna enni, mint a környező hideg (még akkor is, ha a helyiség hideg levegője már telített) . Ezt a meleg levegőt ezután gyorsan lehűtik és összekeverik a környező hideg levegővel, így a vízgőz nem tér vissza az üvegbe.

Végül megemlíthetünk olyan dolgokat, amelyeket otthon alig lehet mérni, vagy nagyon értelmesen befolyásolhatunk - például a vízben oldott ásványi anyagok mennyiségét és típusát (azaz keménységét), a helyiségben áramló levegő sebességét stb. Pontosságunk szerint azonban ezek hatása így vagy úgy elhanyagolható lesz.

Következtetés

Látjuk, hogy elméleti osztályunk ezúttal tévedett, és mindkét hatás körülbelül azonos. Körülbelül \ (\ SIrange \) vizet (térfogat és tömeg) veszítünk a csészéből párologtatással, és körülbelül \ (\ SI \) mennyiségű teát veszítünk, mert az lehűl. De itt nyugodtak lehetünk, mert ez nem befolyásolja a tényleges mennyiséget, vagyis a tea súlyát.

És ha nem is véletlenül, akkor egyedülálló lehetősége van arra, hogy eltemesse magát a minták archívumába, mivel Jaro már megtette értem az összes piszkos robotot (amit ezen a helyen köszönök neki őszintén).

Különösen, ha a határidő napján este végezzük a kísérletet. Nem tudok rólad, de nevetek, mert időben megírom a mintát

Tudom, miről beszélek.↩

Ezért nem is követeltük tőled.↩

Vita

Itt szabadon megvitathatja a megoldást, megoszthatja kódjait és így tovább.

Megjegyzések hozzáadásához be kell jelentkeznie.