3. toplotni tokovi - didaktiˇcna obr. - vaje · t[ c] naloge: 1.ali lahko na podlagi naših...

3. Toplotni tokovi - didakticna obr. - vaje

1. Uvod

1.1. Varnost

Živosrebrnih termometrov v šolah ni dovo-ljeno uporabljati. Elektronski vbodni ter-mometri so konicasti, z njimi se ucenci, ki semed seboj prerivajo, lahko poškodujejo (oko,uho), zato jih moramo na pravilno uporaboprej opozoriti. Pazimo tudi, da ucenci nedelajo s prevroco (nad 40�C) ali premrzlovodo. Pri dolocanju kurilne vrednosti morajoimeti ucenci na klopeh loncke z vodo. Koprižgejo hrano, ki jo kurijo, ugasnjeno vžiga-lico odvržejo v loncek z vodo.

2. Merjenje temperature

2.1. Zaznavanje temperature s kožo

Pripomocki: trije loncki, vrc mrzle vode, vrctople vode, gumijast naprstnik.Opomba: Namesto gumijastega naprst-nika lahko uporabimo rokavice iz lateksa.Odrežemo jim prste. Ucenci jih lahko potemnatikajo na prste v vec plasteh.

Naloge in vprašanja:

1. Kazalec leve roke vtaknemo v loncek zmrzlo vodo, kazalec desne roke pa vkozarec s toplo vodo. Pustimo ju nekajcasa v vodi, nato pa oba hkrti vtaknemov tretji loncek. Opišite obcutke inutemeljite odgovore.

Slika 1. Zaznavanje temperature s prsti.

Slika 2. Hladno ali toplo?.

2. Na enega od kazalcev nataknite gumi-jast naprstnik. Oba prsta potopite v istiloncek (topla voda), nato pa oba hkrati vloncek z mrzlo vodo. Kaj ste cutili? Za-kaj? Primerjajte obcutke s tistimi, ko steimeli v vodi "gole" prste.

3. Termometri

Pripomocki: razlicni termometri, vrc z mrzloin vrc z vroco vodo.


1. Ocenite temperaturo mrzle vode in jozapišite.

2. Ocenite temperaturo vroce vode in jo za-pišite.

1

2 Nada Razpet: 3. Toplotni tokovi - didakticna obr. - vaje

3. Oglejte si termometre na mizi in jihopišite.

4. Zakaj je v termometru alkohol in nevoda?

5. Zakaj ima termometer majhen pesek?6. Katero lastnost snovi je pomembna za

delovanje termometra?7. Kako termometer umerimo?8. Kaj kaže termometer?9. Kako merimo temperaturo vode?

10. Vtaknite temometer v mrzlo vodo.Opazujte alkoholni stolpec. Opišite do-gajanje. Kdaj ste izmerili temperaturovode? Zapišite jo.

11. Vtaknite termometer v vroco vodo.Opazujte alkoholni stolpec.Opišite do-gajanje. Zapišite izmerjeno temper-aturo.

12. Zopet vtaknite termometer v vrc z mr-zlo vodo. Kaj opazite? Na kaj morateopozoriti ucence?

Opomba: Živosrebrne termometre za mer-jenje telesen temperature je potrebno preduporabo stresti. Zakaj? Alkoholnih ter-mometrov ne tresemo, zato je potrebnoucencem pokazati, da stolpec "sam zleze"nazaj, ce se voda hladi, oziroma ce naj-prej merimo temperaturo vroce, nato pahladne vode. Razložimo jim tudi pojem"zacetna temperatura vode". Termometervedno kaže svojo lastno temperaturo. Ceželimo izmeriti na primer temperaturo vodev posodi, mora biti termometer nekaj casa vstiku s to vodo, da se vzpostavi ravnovesje,šele nato lahko recemo, da je temperaturatermometra enaka temperaturi vode. Opo-zorimo jih tudi na pravilno držo termome-tra.

3.1. Mešanje vode z razlicnimitemperaturami

Pripomocki: vrc tople vode, vrc mrzle vode,termometer, loncki.

Naloge:

1. Ocenite temperaturo mrzle in toplevode.

2. V en loncek natocite mrzlo, v drugegapa toplo vodo. Kolikšni sta temperaturivode v prvem in drugem loncku?

3. Izmerite temperaturo tople vode in jozapišite. Primerjajte jo s temperaturovode v ustrezne vrcu.

4. Izmerite temperaturo mrzle vode in jozapišite. Primerjajte jo s temperaturovode v ustreznem vrcu.

5. Oznake v tabeli pomenijo: n1 je številomeric mrzle vode, n2 je število mericvroce vode, n3 je skupno število meric.

6. V tabelo zapišite, kolikšna bo tempera-tura predlaganih mešanic.

7. Naredite spodaj zapisane mešanicetople in mrzle vode. Vsakokrat izmeritetemperaturo mešanice.

8. Kakšna je povezava med kolicinama n1

in n2 ter temperaturo mešanice?

9. Ali se temperaturi mešanic v prvemin cetrtem primeru razlikujeta? Ce jeodgovor da, razložite zakaj.

10. Ugotovitev zapišite s stavkom Cim. . . tem . . . .

3. Nada Razpet: Termometri 3

Mrzla voda Topla voda Mešanica

štev. štev. Temp. štev. Temp. štev. Napoved Temp.

primera meric n1 T1[�C] meric n2 T2[�C] meric n3 Tn[�C] T3[�C]

1. 1 1

2. 1 2

3. 2 1

4. 2 2

Opomba: poskuse je potrebno delati dovolj hitro, ker se temperaturi tople in hladne vode lahkohitro spreminjata. Vprašajte ucence, od cesa je to odvisno. Ce želite imeti vecjo zacetno temper-aturno razliko med obema vodama, potem v vrc s hladno vodo dodajte nekaj snega ali ledu inpocakajte, da se led stali. Ucenci naj delajo v parih. Pri tem naj enkrat že narejeni mešanici doda-jajo merico hladne oziroma tople vode, druga skupina pa naj vsakokrat pripravi ustrezno številomeric hladne in tople vode, obe zmeša in izmeri temperaturo mešanice. Tako bodo spoznali, daje pri hitrem delu rezultat neodvisen od nacina mešanja hladne in tople vode, pri pocasnem delupa se rezultati nekoliko razlikujejo. Otroci naj razloge utemeljijo.

Opomba: Kaj pricakujemo, da bodo ucencina podlagi poskusov ugotovili? Pri mešanjuenakih kolicin hladne in tople vode je temper-atura mešanice aritmeticna sredina obeh tem-peratur. Cim vec je hladne vode, tem bolj setemperatura mešanice približuje temperaturihladne vode itd.

Naloge: Hladna voda ima temperaturo10�C, topla pa 40�C.

1. Kolikšna je temperatura mešanice, ce ktrem lonckom hladne vode dodamo šeen loncek hladne vode?

2. Mešamo tri loncka hladne in dva loncektople vode. Kolikšna je temperaturamešanice? Kako bi jo izracunali?

3. Koliko toplote prejme mrzla voda in ko-liko toplote odda topla voda pri prejšn-jem mešanju vode? Ali lahko povemopravilo?

Opomba: V vsakdanjem življenju pogostozamenjujemo pojma toplota in temperaturazato moramo biti pri govorjenju pazljivi. Teloima temperaturo ne more pa imeti toplote.

3.2. Prevajanje toplote

3.3. Urejanje plošc

Pripomocki: plošce iz razlicnih materialov,termometer (infrardeci).

Naloge:

1. Polagajte roke na mizo, na naslon stolain na kovinsko ogrodje mize. Kaj obcu-tite?

2. Polagajte dlan na razlicne plošce. Ure-dite jih po tem, kako tople se vam zdijo(od "najhladnejše" do "najtoplejše").

3. Zakaj se vam zdi, da imajo plošce ra-zlicne temperature?

Slika 3. Plošce iz razlicnih materialov.

4. Z infrardecim termometrom izmeritetemperature plošc in temperaturo pred-metov v okolici.


5. Zakaj imamo v šoli stole z lesenimisedeži in naslonjali?

6. Zakaj se nam v mrzlih zimskih dnehroka "prilepi" na kovinske kljuke vrat?

Opomba: razlicni materiali imajo razlicne ko-eficiente toplotne prevodnosti. Pri dobrihtoplotnih prevodnikih tece pri majhnih tem-peraturnih razlikah velik toplotni tok. Cimvecji toplotni tok tece z roke na plošco, boljmrzla se nam zdi.

P � � S�T1 � T2

l

� je koeficient toplotne prevodnosti, Spovršina (v našem primeru roke), T1 � T2 jetemperaturna razlika med plošco in roko.

3.4. Taljenje ledenih kock

Pripomocki: plošce iz razlicnih materialov,kocke ledu.

Slika 4. Taljenje ledenih kock.


1. Na plošce položite kocke ledu in opa-zujte, kako se led tali. Napovejte, na ka-teri plošci se bo led najprej stalil.

2. Na kateri plošci se je led najprej stalil?Zakaj?

3. Kam moramo postaviti zamrznjene jedi,da se bodo najprej odtajale?

4. Kam moram postaviti ledene kocke, dase bodo cim dalj talile?

3.5. Taljenje snega

Pripomocki: odrezana plastenka z ravnimdnom in gladkimi stenami, sneg

V odrezano plastenko natlacite novoza-padli sneg.

� Narišite, kakšna bo plastenka s snegomcez pol ure, ko jo boste prinesli v sobo.

� Narišite, kakšna bo plastenka s snegomcez eno uro.

� Narišite, kakšna bo plastenka s sengomcez 1,5 ure.

Po opravljenem poskusu popravite slike,ce je potrebno.Opomba: V šoli ni dovolj casa, da bi cakal 1,5ure. Zato prej pripravite plastenke s snegom.Najprej natlacite prvo, nato cez pol ure pri-nesite drugo in cez 1,5 ure tretjo. Plastenkeskrijte, pocakajte, da otroci narišejo slike injim nato plastenke pokažite.

3.6. Ohlajanje in segrevanje vode

Pripomocki: izoliran loncek, neizoliranloncek, dva termometra.

Naoga:

V oba loncka nalijte enako kolicino vode.V vsak loncek postavite termometer in meritetemperaturo vsako minuto.

Slika 5. Ohlajanje vode.

3. Nada Razpet: Termometri 5

Cas Izoliran Neizoliran

min T1[� C] T2[� C]

Opomba: Ponovite poskus še tako, daboste na neizoliran loncek usmerili ventila-tor. Poskus lahko izvedete tudi tako, daena skupina dela z izoliranim in neizoliranimlonckom, druga pa ima neizolirana loncka, leda v enega pihamo z ventilatorjem. Lahkopa en loncek postavite na zunanjo okenskopolico.

Odogovorite na vprašanja:

� V katerem loncku se voda hitreje ohlaja?

� Kolikšna bo temperatura vode po 1 uri?

� Zakaj lahko ohlajamo tekocine tako, daposodo zavijemo v mokro krpo?

� Zakaj beduini prenašajo vodo v vrecahiz kože?

3.7. Prevajanje toplote

Plocevinki

Pripomocki: dva kovinska loncka, kovinskapodložka, dva termometra, vroca in mrzlavoda.

Slika 6. Izbira kovinskih lonckov.

Slika 7. Pripravljeno za merjenje.

Opomba: Podložka je potrebna zato, da vodaomoci tudi dno notranje posode. Notranjiloncek mora biti primerne velikosti, da jegladina vode, ki je v vecjem loncku približnoenako visoko kot gladina vode, ki je v man-jšem loncku (pri tem morata biti obe kolicinivode enaki!).

Naloga:

V vecji kovinski loncek postavimo pod-ložko, nalijemo eno merico hladne vode. Vanjpostavimo manjši loncek in vanj nalijemomerico vroce vode. Zapisujemo temperaturiin narišemo graf spreminjanja temperaturevode v odvisnosti od casa.


........................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................ ......................

........

........

........

........

........

........

........

........

........

........

........

........

........

........

........

........

........

........

........

........

........

........

........

........

........

........

........

........

........

........

........

........

........

........

........

........

........

........

........

........

........

........

........

........

........

........

........

........

........

........

........

........

........

.........................

......................

t[min]

T [�C]

Cas Vroca voda Mrzla voda

min T1[� C] T2[� C]

Loncek s kovinsko ali plasticno pregrado

Pripomocki: stiroporni loncek, plasticna inkovinska plošca, lepilo, rezilo.Navodilo za izdelavo: Najprej preverite, ce sevzdolžni presek loncka ujema s kartonastimmodelom. Model položite na kovinsko (plas-ticno) plošco, izrežite pregrado in jo zalepitev loncek.

Pripomocki: stiroporni loncek s kovinsko(plasticno) pregrado, vroca in mrzla voda, ter-mometra.

Slika 8. Loncka s pregradama.

Izmerite enaki kolicini vroce in mrzlevode. V en predel loncka nalijte mrzlo, v drugipa vroco vodo. Merite temperaturi in rezul-tate zapisujte v tabelo. V isti koordinatni sis-tem narišite, kako se spreminja temperaturav posameznem delu loncka v odvisnosti odcasa.

Cas Kovinska preg. Plasticna preg.

Vroca Mrzla Vroca Mrzla

min T1[� C] T2[� C] T1[� C] T2[� C]

4. Nada Razpet: Konvekcija 7

..................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................... ......................

........

........

........

........

........

........

........

........

........

........

........

........

........

........

........

........

........

........

........

........

........

........

........

........

........

........

........

........

........

........

........

........

........

........

........

........

........

........

........

........

........

........

........

........

........

........

........

........

........

........

........

........

........

........

........

........

........

........

........

........

........

........

........

........

........

........

........

........

........

........

........

........................

......................

t[min]

T [�C]

Naloge:

1. Ali lahko na podlagi naših lonckovrecemo, da je kovina boljši prvodniktoplote kot plastika?

2. Naštejte dobre prevodnike toplote.3. Naštejte dobre toplotne izolatorje. Kje

morajo vedeti, kateri materiali so dobritoplotni izolatorji?

4. Konvekcija

Vroca voda ima manjšo gostoto kot mrzla.Pri naravni konvekciji gibanje povzroci raz-lika gostot tople in mrzle tekocine. To lahkoprikažemo tudi v šoli. Mrzlo vodo obarvamomodro, toplo vodo pa rdece.

Pripomocki: trije kozarci za vlaganje,modro in rdece barvilo, termometer.

Naloge:

1. V kozarec najprej nalijemo hladno vodo.Potem previdno (ob robu posode) nali-vamo toplo vodo. Kaj pricakujete, da sebo zgodilo? Narišite, opišite.

2. V kozarec najprej nalijemo toplo vodo.Prevdno dolivamo toplo vodo. Kajpricakujete? Opišite in narišite.

5. Goriva in hrana

Opozorilo: ucence opozorimo na varnost.Epruveto držijo z ustreznim držalom, na mizinaj imajo lencek z vodo v katrege odvržejovžigalico.

Pripomocki: sladkor v kocki, arašidi, vži-galice, kovinski podstavek za kurišce, kovin-ska sponka za papir, pepel, epruveta, ter-mometer, voda, tehtnica.

Naloge:

V epruveto nalijte 10 ml vode. Izmerite za-cetno temperaturo in jo zapišite. Na kurišcepostavite polovico arašida (kokice, sladkorja)in ga zažgite. Nad ogenjem držite epruveto invodo v njej rahlo mešajte. Pocakajte, da hranazgori in odcitajte temperaturo.Opmba: Košcek sladkorja, ki ste ga stehtali,dobro "natrite" s pepelom. Položite ga nakurišce. V epruveto nalijte 10 ml vode inizmerite njeno temperaturo.

Slika 9. Kurišce.


Slika 10. Segrevanje vode.

Specificna toplota vode cp � 4200 J/kgK.Stara enota 1 kcal = 4200 J

Q �mcpÑT ; qs �Q1

m

Vzemimo, da je izkoristek približno 50%. Topomeni, da se je približno polovico oddanetoplote pri sežiganju izgubilo v prostor in dajo je le polovico prejela voda v epruveti (topomeni, da je takrat Q1 � 2Q).

Opomba: Racunom se izognemo tako, daucencem pripravimo ustrezno tabelo, izkatere odcitajo, koliko toplote je prejelavoda in nato izracunajo, kolikšna je sežignatoplota.

Naloge:

1. Na zavitkih živil, ki jih kupimo v tr-govini, so oznacene hranilne vrednosti.Poglejte na nalepke in preberite hranilnevrednosti nekaterih živil in vrednostiprimerjajte.

2. Kolikšne so sežigne toplote premoga,lesa, kurilnega olja in plina?

3. Kako ogrevate svoje stanovanje? Kakolahko zmanjšate porabo goriv za ogre-vanje stanovanja (hiše)?

Hrana/gorivo ms mv Tz[�C] Tk[�C] ÑT Q�J� q�J=kg�

sladkor

arašid

vžigalica

5.1. Merjenje vlažnosti zraka

Pripomocki: dva alkoholna termometra,vezalka za cevlje, loncek z vodo (sobne tem-perature).

Slika 11. Izhlapevanje vode in merjenje tem-perature.

Naloga: Izmerite temperaturo okolice. Naenega od termometrov nataknite vezalko in

jo namocite v vodo. Vezalko nato ožmite, davodo na bo kapljala po mizi. Opazujte, kaj sedogaja z alkoholnim stolpcem v termometru.

Odgovorite na vprašanja:

1. Kolikšno temperaturo kaže suhi ter-mometer?

2. Kolikšno temperaturo kaže moker ter-mometer?

3. Zakaj kažeta razlicno?

4. Kako bi pospešili izhlapevanje vode?

5. Ali lahko poskus povežemo z izkušnja-mi iz vsakdanjega življenja?

6. Kako bi lahko ohladili pijaco v vrocihdneh?

7. Kako majhnim otrokom pomagamo, ceimajo mocno povišano telesno tempera-turo?

6. Nada Razpet: Zanimivi poskusi 9

6. Zanimivi poskusi

1. Dviganje filter vrecke.

Pripomocki: filter vrecka za caj, vžigali-ce, podstavek (krožnik).

Iz filter vrecke za caj naredite tulec.Postavite ga na krožnik ali na ne-gorljiv podstavek in ga prižgite (zgoraj).Opazujte, kaj se dogaja.

Slika 12. Dviganje toplega zraka.

2. Kovinski trak

Pripomocki: trakovi (iz razlicnih kovin),žeblji (lahki), sveca, vžigalice.

Navodilo:

Na trak v enakomernih presledkih zvoskom pritrdite žeblje. Bolje je, ce jedel traku, na katerih so žeblji, vodora-ven.

Slika 13. Kovinski trak z žeblji.

Slika 14. Padec prvega žeblja.

Naloga:

Prižgite sveco in opazujte, kaj se dogajaz žeblji.

(a) Merite cas, ko pade prvi (drugi,tretji) žebelj.

(b) Vzemite trak iz druge kovine inponovite poskus

(c) Ali lahko s tem poskusom primer-jate tolpotni prevodnosti kovin, izkaterih sta trakova?

3. Rosenje plastenke.

Pripomocki: plastenka, voda, vžigalice,steklen kozarec za vlaganje.

(a) V plastenko nalijte nekaj vode inplastenko dobro pretresite. Natovodo izlijte. Prižgite vžigalico injo hitro potisnite v plastenko, plas-tenko pa zaprite. Nato plastenkopocasi stisnite in hitro spustite. Kajse je zgodilo? Kaj opazite na ste-nah plastenke?

(b) V kozarec (za vlaganje) nalijte toplovodo. Pokrijte ga z narobe obrn-jenim pokrovom in nanj položitekocko ledu. V kozarec vrzitegoreco vžigalico. Opazujte, kaj sedogaja v kozarcu.

Rešitev naloge s snegom

Slika 15. Plastenka s sengom.


7. Raziskovalne naloge

Ucenci naj najprej povedo, kaj vse morajoimeti konstantno, kaj morajo nacrtno sprem-injati in kaj meriti, da bo poskus "pravicen".Pri vsakem poskusu naj najprej predvidevajo,kaj se bo zgodilo, naredijo nacrt raziskave,naštejejo pripomocke, pripravijo tabele innavedejo neodvisno, odvisno spremenljivkoin konstante. Na koncu naj s stavkom Cim. . . tem zapišejo povezavo med neodvisno inodvisno spremenljivko. O rezulatatih razisaknaj porocajo.

1. Enako velike loncke z vroco vodo ovijtez razlicnimi vrstami papirja (casopisni,pisarniški, krep papir). Ugotovite, kakoje tempartura vode v loncku odvisna odkvalitete papirja.

2. Enako velike loncke z vroco vodo ovij-te z eno plastjo (dvema, tremi) plas-tmi papirja ali z vec plastmi bombažnihkrp. Ugotovite, kako se temperaturavode spreminja v odvisnosti števila ovo-jnih plasti.

3. Ponovite še raziskavi še z loncki z mrzlovodo.

4. Enako kolicino vroce vode nalijte vposode iz enakih materialov a z razlic-nimi preseki. Ugotovite, kako se tempe-ratura vode spreminja v odvisnosti odvelikosti površine gladine.

5. Enako kolicino vode vlijte loncke iz ra-zlicnih materialov. Ugotovite, kako setemperatura vode v lonckih spreminja vodvisnosti od materiala lonckov.

6. V dobro izolirane loncke (iz enakih ma-terialov in enako izolacijo) nalijte vrocovodo. Loncke pokrivajte z razlicnimipokrovi (aluminijasto folijo, papirjem,plastiko). Ugotovite, kako se tempera-

tura vode spreminja v odvisnoti od ma-teriala pokrovcka.

7. Ledeno kocko zavijte v razlicne vrste pa-pirja oziroma blaga. Kako je cas taljenjaodvisen od vrste ovoja?

8. Razišcite, kje v ucilnici (stanovanju) jenajvišja (najnižja) temperatura.

9. Nacrtujte raziskavo, s katero boste ugo-tovili, ali je bolje obleci vec tankihoblacil ali priližno enako debelo enooblacilo (iz istega materiala, iz razlicnihmaterialov).

10. Ce je mraz, se živali stisnejo v gruco.Tudi mi se zvijemo v "klobcic", ce naszebe. S pomocjo spodnjih slik nacrtuj-te raziskavo, s katero boste ugotovili,kako je temperatura vode v notranjemloncku odvisna od tega, koliko zunanjihploskev ogrevamo.

Slika 16. Dotikanje zunanjih ploskev

Slika 17. Vse zunanje ploskve so zašcitene.

Slike so posneli Marko in Nada Razpetter Goran Iskric

3. toplotni tokovi - didaktiˇcna obr. - vaje · t[ c] naloge: 1.ali lahko na podlagi naših...

Documents