Ugrás a tartalomhoz Lépj a menübe
 


Hőtani kísérletek

 

 
 

1.     Drót hőtágulásának mérése

   drothotag.png

A kísérlet a vezetékek hőtágulásának folyamatát reprezentálja az alábbi elrendezésben:

 

Célszerű alumíniumdrótot használni, amelynek nagy a hőtágulási együtthatója, így jól érzékelhető a folyamat.

 

 

2. A folyadékok csekély mértékű hőtágulásának kimutatását, ill. mérését e kísérlet során hajthatjuk végre.
Ismert térfogatú lombikot, ismert hőmérsékletű (T1) vízzel töltünk színültig, és egy átfúrt dugóval lezárjuk, amelyben kis belső átmérőjű üvegcső (d) található. A dugó behelyezésekor az üvegcsőben a vízszint a dugónál magasabban helyezkedik el. E szintet filctollal megjelöljük (h1).
A lombikot melegvízzel töltött üvegkádba helyezzük, és néhány percig benne hagyjuk, hogy a lombikban levő folyadék is felmelegedjen. A végső hőmérsékletet megmérjük. (T2)
Közben tapasztalni fogjuk, hogy az üvegcsőben a víz magasabbra kúszik, ami a cső kis átmérője miatt jól látható mértékű. Ezt az új szintet (h2) is megjelöljük.
Ha csak a hőtágulás kimutatása volt a célunk, a kísérlet befejőződött.
Amennyiben a folyadék hőtágulási együtthatóját is szeretnénk megállapítani, akkor a mért adatokból azt viszonylag egyszerűen kiszámíthatjuk.
Felmerülő kérdések:
- Milyen műszerekben alkalmazzuk ezt az elrendezést, ill, jelenséget?
- Milyen hibaforrásai vannak e mérési módszernek, hogy tehetnénk pontosabbá?
- Miktől függ a folyadék szintemelkedése?
- Hogyan számíthatjuk ki az adott hőmérséklethez, ill. lombikmérethez tartozó térfogatnövekedést, azaz a hőtágulási együtthatót?


 

folyadek.jpg

3. Levegő hőtágulásának mérése.
A levegővel teli lombikot vízfürdőben melegítjük ismert hőmérsékletűre. A tágulás miatt kiáramló többlettérfogatot a más kísérletekből ismert U alakú csővel, a folyadékszint emelkedésével mérhetjük le, az alábbi ábra szerinti elrendezésben:

 

legtagulas.jpg

Konkrét számításokhoz szükségünk van a lombik térfogatára, hőmérsékletváltozására, a cső belső átmérőjére és a folyadékszint emelkedés értékére, amelyek a fenti kísérleti elrendezésben közvetlenül megmérhetők.

Tágulás = Térfogat * Hőmérs.változás/273

Ez alapján egy 500 cm3-es lombikban 20 fok hőmérsékletemelkedés 37 cm3-nyi térfogatnövekedést okoz. Az általunk alkalmazott U-cső belső átmérőjét és magasságát figyelembe véve, ez nagyjából műszerünk méréshatára is, ugyanis további tágulásnál a folyadék már kicsordul.

A Galilei-féle termoszkóp szintén a gázok hőtágulását használja fel a hőmérsékletváltozás kimutatására. Az érzékelő egység a felül elhelyezett lombik, amelynek hőmérséklet, ill. nyomásváltozásával összhangban a folyadék az üvegcsőben változtatja magasságát. E könnyen elkészíthető eszközt az alábbi ábra mutatja:

 

galileiterm.jpg


 

4.     Tojásszippantás

 

A gázok hőtágulásának demonstrálására alkalmas, szemléletes kísérlet.

 Egy gömblombikban felforrósítjuk a levegőt, majd szájára egy főtt tojást illesztünk. A hűlés során a nyomáscsökkenéssel szinkronban a külső légnyomás a tojást betolja a lombik belsejébe. (A légköri nyomást is jól szemléltehetjük e kísérlettel). A kísérletről a képgalériában több fotó is található.

 

Főtt tojás helyett a felfűtött lombikra egy lufit is ráhúzhatunk, amely a hűlés során behúzódik az üveg belsejébe.

 

5.     Hővezetés kimutatása, viasszal fémlemezre ragasztott érmékkel

 hovezetes.png

Az ábra jól szemlélteti a kísérlet lényegét, amelynek során a lángtól való távolság függvényében a viasszal felragasztott pénzek sorra lepotyognak.

A leválások időintervallumait célszerű feljegyezni, ugyanis jól látható lesz, hogy az időközök a távolsággal, exponenciálisan növekszenek.

 

 

 

6.     Hőáramlás vízben

 

Egy nagyobb mérető főzőpohár belső terét egy függőleges műanyag lemezzel két féltérre választjuk, oly módon, hogy felette és alatta legyen rés, a víz szabad áramlásához. Az edény egyik oldalát melegítve megindul a cirkuláció, amit néhány szemcse hipermangánnal tehetünk láthatóvá.

hoaramlas.png

 

 

 

 

 

 

 

 

 

  

 7. Kéményhatás - levegő hőáramlása

A felmelegített levegő kitágul, sűrűsége csökken - így megindul feláramlása. Ilyen elven jön létre kéményekben a huzat, vagy magas épületek légáramlása a lépcsőházban.

kemeny.png

 

 

 

 

 

 

 

 

 

A fenti elrendezésben az átlátszó vízszintes szakaszban egy megdőlő gyertyalánggal érzékeltethetjük a beinduló intenzív légáramlást. A plexi alagútban lebegő tollpihével az áramlás sebességét is megmérhetjük (becsülhetjük). Érdekességképpen a kürtőben egy hőmérőt is elhelyezhetünk, - mi a kísérletek során 65-75 fokot tapasztaltunk a kürtőben, három gyertyával és egy borszeszégővel melegítve.

Érdekes lehet elemzni, mtől függ a feláramlás sebessége (léghozama).

 8.     Vizes lufi láng felett

 A víz nagy fajhőjét szemléltető kísérletünk lényege, hogy egy lufiba kb. 1 liter vizet töltünk és így gyertyaláng fölé helyezzük. A láng hiába nyaldossa a lufi felületét, a víz, nagy fajhője miatt a gumiréteget olyan intenzíven hűti, hogy az a lángnak ellenáll.

vizlufi8m13b.jpg

  

 

 

 

  Vizes lufi láng felett

 

 

 

 

 

 

 

9.     Denaturált szeszes rakéta

Égéshővel, hőerőgépekkel és a rakétahajtás elvével kapcsolatos kísérlet. Kémia és fizika órán egyaránt bemutatható, de tűzveszélyessége miatt csak tanár kezelje!denszeszraket.png

 

 

 

 

 

 

 

Egyik kísérletünk során, - lassított videofelvétel alapján - a következő adatokat mértük, ill. számítottuk:

Az elért sebesség: 20 m/s (72 km/h)
A palck gyorsulása: 100 m/s2 (10g)!
A gyorsítóerő: 3N (A palack 30 g-mos tömege alapján számítva)

  

10. Anyagok fajhőjének összehasonlítása

Kísérletünk során megmérjük, hogy ugyanolyan tömegű, szobahőmérsékletű, alumínium és gumi, milyen hőmérsékletváltozást okoz  ugyanolyan tömegű, felmelegített folyadékban. (Az alumínium fajhője 0,8, a gumié 1,4, így elég szembetűnő hőmérsékletkülönbséget okoz a hűtendő folyadékokban).
A mérési adatok alapján megkísérelhetjük az adott anyag fajhőjének közelítő mértékű kiszámítását is.

11. Sörösdoboz roppantás
Egy üres, fél literes sörös, vagy Colás dobozba 2-3 köbcenti vizet teszünk, és borszeszégőn felforraljuk. Amikor a gőz már teljes egészében kitölti a doboz légterét, egy hirtelen mozdulattal fejreállítjuk és nyílását egy vödör vízbe mártjuk. A gőz a folyadékkal találkozva azonnal kicsapódik és a hirtelen keletkező légritka tér miatt a külső légnyomás a dobozt robbanásszerű hevességgel összeroppantja, - a vizet nincs ideje már magába szippantani.

A légnyomás bemutatására is alkalmas e kísérlet, amelyről a képgalériában két fotót is találunk.