Исследование скорости остывания воды в сосуде при различных условиях
ФГБОУ ВПО ЯрГУ им. Университетский колледж
Исследование скорости остывания воды в сосуде
при различных условиях
Игровой номер команды:
Краткая характеристика параметров исследования
Понятие температуры тела представляется на первый взгляд простым и понятным. Из повседневного опыта каждый знает, что бывают тела горячие и холодные.
Опыты и наблюдения показывают, что при контакте двух тел, из которых одно мы воспринимаем как горячее, а другое как холодное, происходят изменения физических параметров как первого, так и второго тела. «Физическая величина, измеряемая термометром и одинаковая у всех тел или частей тела, находящихся в термодинамическом равновесии друг с другом, называется температурой». Когда термометр приводят в контакт с изучаемым телом, мы видим разного рода изменения: движется «столбик» жидкости, меняется объем газа и т. п. Но вскоре между термометром и телом обязательно наступает термодинамическое равновесие — состояние, при котором остаются постоянными все величины, характеризующие эти тела: их массы, объемы, давления и так далее. С этого момента термометр показывает не только свою температуру, но и температуру изучаемого тела. В повседневной жизни наиболее распространен способ измерения температуры с помощью жидкостного термометра. Здесь для измерения температуры используется свойство жидкостей при нагревании расширяться. Для измерения температуры тела термометр приводят с ним в контакт, между телом и термометром осуществляется процесс теплопередачи до установления теплового равновесия. Чтобы процесс измерения не изменил заметно температуру тела, масса термометра должна быть значительно меньше массы тела, температура которого измеряется.
Практически все явления внешнего мира и различные изменения в человеческом организме сопровождаются изменением температуры. Явления теплообмена сопутствуют всей нашей повседневной жизни.
В конце 17 века известный английский физик Исаак Ньютон высказал гипотезу: «скорость теплообмена между двумя телами тем больше, чем сильнее отличаются их температуры (под скоростью теплообмена понимаем изменение температуры в единицу времени). Теплообмен всегда происходит в определённом направлении: от тел с более высокой температурой к телам с более низкой. В этом нас убеждают многочисленные наблюдения, даже на бытовом уровне (ложка в стакане с чаем нагревается, а чай остывает). Когда температура тел выравнивается, процесс теплообмена прекращается, т. е. наступает тепловое равновесие.
Простое и понятное утверждение о том, что самостоятельно теплота переходит только от тел с более высокой температурой к телам с меньшей температурой, а не наоборот, является одним из основополагающих законов в физике, и называются II законом термодинамики, этот закон был сформулирован в XVIII веке немецким учёным Рудольфом Клаузиусом.
Исследование скорости остывания воды в сосуде при различных условиях
Гипотеза: Мы предполагаем, что скорость остывания воды в сосуде зависит от слоя жидкости (масла, молока) налитого на поверхность воды.
Цель: Определить влияет ли поверхностным слой масла и поверхностный слой молока на скорость остывания воды.
Задачи:
1. Изучить явление остывания воды.
2. Определить зависимость температуры остывания воды с поверхностным слоем масла от времени, результаты записать в таблицу.
3. Определить зависимость температуры остывания воды с поверхностным слоем молока от времени, результаты записать в таблицу.
4. Построить графики зависимостей, провести анализ результатов.
5. Сделать вывод о том, какой поверхностный слой на воде оказывает большее влияние на скорость остывания воды.
Оборудование: стакана лабораторный, секундомер, термометр.
План эксперимента:
1. Определение цены деления шкалы термометра.
2. Провести измерение температуры воды при остывании через каждые 2 минуты.
3. Провести измерение температуры при остывании воды с поверхностным слоем масла через каждый 2 минуты.
4. Провести измерение температуры при остывании воды с поверхностным слоем молока через каждый 2 минуты.
5. Результаты измерений занести в таблицу.
6. По данным таблицы построить графики зависимостей температуры воды от времени.
7. Рассчитать скорость остывания воды для каждого случая.
8. Проанализировать результаты и дать их обоснования.
9. Сделать вывод.
Сначала мы нагрели воду в 3 стаканах до температуры 71,5⁰С. Затем мы налили в один из стаканов растительное масло, в другой молоко. Масло распределилось по поверхности воды, образуя равномерный слой. Растительное масло – продукт, извлекаемый из растительного сырья и состоящее из жирных кислот и сопутствующих им веществ. Молоко перемешалось с водой (образуя эмульсию), это свидетельствовало о том, что молоко либо разбавлено водой и не соответствует заявленной на упаковке жирности, либо является изготовленным из сухого продукта и в том и другом случае физические свойства молока изменяются. Натуральное молоко неразбавленное водой в воде собирается сгустком и некоторое время не растворяется. Чтобы определить время остывания жидкостей, мы фиксировали температуру остывания через каждые 2 минуты.
Таблица. Исследование времени остывания жидкостей.
Источник
Логические задачи и головоломки
Когда центрального отопления и водогрейных колонок еще не было, воду для ванн нагревали на кухонной плите. В те времена однажды кухарка нагревала на плите воду в большой кастрюле, чтобы долить ее в ванну, где уже было некоторое количество воды комнатной температуры. Заметив это, дворецкий сказал ей: «Ты что, не понимаешь, что, чем дольше ты греешь воду на плите, тем холоднее окажется вода в ванне, когда ты вольешь туда нагретую воду?» Он был прав. Почему?
Ответ: Служанка держит на плите воду, которая уже давно кипит, таким образом, вода испаряется и уменьшается в количестве. А та вода, что в ванной, остается комнатной температуры. Чем больше кипятка в нее влить, тем теплее она будет.
Комментарии
Оставлен Ум Вс, 02/06/2011 — 07:05
На самом деле вариантов может быть множество. Так например:
— Дворецкий открыл кран с холодной водой и доливает в ванну
— У горелки постепенно заканчивается давление газа и огонь теряет свою силу когда вода была 100*С и как результат она перестаёт кипеть.
— Постепенно понижается температура в комнате с ванной и как результат вода в ванне теряет больше теплоты, чем возможно получит от нагретой воды
— Ванна с кастрюлей постепенно отдаляются друг от друга (совсем дерзкая версия 🙂
Оставлен Гость Пнд, 02/07/2011 — 14:59
Та вода что была в ванне остывает пока кипит та что на плите
Оставлен Гость Втр, 02/15/2011 — 11:57
кухарка стоит рядом с кипятком и ее тело нагреется а значит разность температур будет меньше
Оставлен уже НЕ ум Втр, 02/15/2011 — 21:14
Оставлен kobra Вс, 02/06/2011 — 11:54
Что-то не совсем понятное условие. Если он говорил о том что написано в ответе то да, но возможно он имел ввиду, что лучше налить 90С, а не 95. Но нигде в услове не указано, что в кастрюле вода уже кипит.
Оставлен Гость Пнд, 02/14/2011 — 12:29
абсолютно с вами согласен.
Оставлен Гость Втр, 02/08/2011 — 07:17
По-моему, глупая и неинтересная задачка: думать тут не над чем
Оставлен Кристинка Сб, 02/12/2011 — 19:18
Задача:
Допустим, я занял у тебя 100 рублей.
Пошел в магазин и потерял их. Встретил друга. Взял у него 50 рублей и купил две шоколадки по 10. У меня осталось 30 рублей, я отдал их тебе. И остался должен 70. И другу
50. Итого 120. Плюс 2 шоколадки. Итого 140 рублей!
Вопрос:
Где 10 рублей?
Оставлен Максиа Вс, 02/13/2011 — 16:36
По-моему, здесь логическая ошибка. Деньги, потраченные на 2 шоколадки, к сумме долга прибавлять нельзя (подмена целевой установки). Допустим, была куплена всего 1 шоколадка. Если следовать логике задачи, то якобы теряется уже не 10, а 30 рублей. Занял 150 рублей, 30 — вернул, остался должен 120 рублей. Стоимость шоколадок нельзя включать в общую сумму денег.
Оставлен Гость Пнд, 02/14/2011 — 06:08
Оставлен Гость Пнд, 02/14/2011 — 17:55
У тебя в кормане. Сигареты купишь.
Оставлен Гость Ср, 02/16/2011 — 08:02
Сам вопрос поставлен не верно так как получается что стоимость шоколадки уже включена в «итого 120» рублей и если мы прибавляем их то только с целью запутать( а пропавшие 30 рублей вылетают из игры при возвращении их хозяину)
Оставлен Гость Чт, 02/17/2011 — 09:37
ЧИСТАЯ БУХГАЛТЕРИЯ, ПЕРЕПУТАНЫ АКТИВ И ПАССИВ. ПАССИВ 100+50-30=120
АКТИВ 100 КОТОРЫЕ УТЕРЯН(ТИПА ДОЛЖНЫ БЫТЬ)И 20(ДВЕ ШОКОЛАДКИ)=120
Просто специально перепутано к пассиву добавлен часть актива чего делать нельзя
Оставлен новичок Сб, 06/25/2011 — 12:26
spasibooo. A to eto ne pervaya takaya zadacha, nikak ne mogla ee ponyat’)))))
Оставлен Гость Ср, 12/05/2012 — 21:21
Оставлен Гость Чт, 02/17/2011 — 12:16
Оставлен Гость Пт, 02/18/2011 — 09:26
100р она потеряла, значит из 50р она взяла 20 на 2 шоколадки, получается 50-20=30. получили 100+30 и 20 за 2 шоколадки=150.
Оставлен Гость Пнд, 12/12/2011 — 12:40
Ну должен был 150,
30 отдал — стал должен 120.
Причем тут шоколадки и какие-то 10 рублей?
получил : 100+50-30(отдал)=120
потратил : 100(потерял)+20(шоколадки)=120
скока получил — стока и потратил, не обольщайся.
Оставлен Гость Ср, 02/16/2011 — 10:48
Учитывая скорость выкипания воды, дворецкий просто постебался над неграмотной старушкой.
Оставлен Гость Чт, 02/17/2011 — 13:38
так она же остывает Оо
пока она греет другая вода остывает оо
Оставлен Гость Втр, 09/06/2011 — 11:38
в задаче говорится, что в ванне вода комнатной температуры. то есть температура воды совпадает с температурой воздуха в ванной комнате. куда ж ей остывать-то?
Оставлен Гость Ср, 10/26/2011 — 09:55
Так может вечер, холодает на улице, соответственно и в помещении
Оставлен Ирина Ср, 06/29/2011 — 13:43
Тупая задача, если бы было сказано хотя бы, что вода кипит, а не нагревается, тогда бы в ней был смысл. Хотя каждый школьник знает, что если вода закипела, больше её уже не нагреешь. Вобщем тупо и так и так.
Оставлен Колян Пт, 10/07/2011 — 21:57
Оставлен Гость Сб, 07/09/2011 — 20:07
Автор дал неправильное объяснение правильного совета.
Большая кастрюля имеет большую поверхность которая охлаждается за счет конвекции и ИК излучения. Выгоднее нагревать воду в маленькой кастрюльке и сразу выливать в ваннус холодной водой. Тогда перепад температур между окружающей средой и уже нагретой водой будет меньше. а значит и потери энергии тоже.
Но тут еще есть тонкость заключающаяся в том что, неизвестно где потери будут значительнее — в маленкой кастрюльке с кипятком, или в большой ванне с теплой водой. Считать надо. Вообще это совсем непростая задача, и строгое оптимальное решение требует высшей математики.
Более простой вариант задачи.
Есть горячий кофе и холодное молоко. Как быстрее получить более холодный кофе с молоком: сразу налив молоко и подождать пока остынет, или подждать пока остынет и налить молоко?
Оставлен Гость Чт, 09/08/2011 — 17:26
Кофе не причем. Воду в ванне надо нагреть , а не охладить. И если объем кипящей воды уменьшится то вода в ванне будет прохладнее.
Оставлен Гость Пнд, 03/26/2012 — 01:06
Господа, не используйте термины, значения которых вы не знаете. Просчитайте, что такое конвекция, и просто тепловое излучение, а не ик. Вообще, если я правильно понял, что вы имеете ввиду, то вы не совсем правы. Из школьных основ физики помнится, что скорость теплоотдачи кратна разности температур в четвертой степени с некоторым коэффициентом. Безусловно, чем выше температура воды, тем быстрее она остывает, но в любом случае, пока ее несут, она будет тем горячее, чем была вначале. К примеру, была 90 градусов, пока несли опустилась до 85, а если была 98 — до 91. Температура понизилась на большее число градусов, но она все равно горячее. Далее рассмотрит вариант про размер кастрюли. Конечно, чем она больше, тем интенсивнее происходит излучение. Скорость теплопотерь будет равна площади кастрюли с каким-то коэффициентом, то есть будет кратна квадрату линейных размеров (радиусу и высоте), но объем воды (а следовательно, и енергия всей кастрюли) кратен кубу линейных размеров. Так что в итоге получаем преимущество перед маленькими кастрюлями ( потери тепла растут медленнее, нежели объем воды). Так вылить всю воду сразу, а не маленькими порциями, выгоднее по обеим причинам, приведенным ранее.
Источник
Почему горячая жидкость остывает, когда на нее дуют?
Любая жидкость испаряется. В процессе испарения самые “шустрые” молекулы на поверхности жидкости получают достаточно энергии для того, чтобы преодолеть силы поверхностного натяжения и покинуть жидкость. Каждая такая молекула уносит с собой часть энергии. Внутренняя энергия жидкости уменьшается, жидкость остывает. Горячая жидкость испаряется активнее холодной и это тоже понятно.
С другой стороны, существует некоторый предел (определяемый величиной парциального давления) содержания пара в воздухе. Зависит это в большей мере от значения упругости испаряющейся жидкости. Если не выдаваться в сложные объяснения, то при прочих равных средняя комната, будь она герметичной и не впитывай и не отводи она воду, могла бы вместить около килограмма воды в виде пара (то есть, условно, ведро воды, которое в такую комнату поставили бы, само бы никогда не испарилось), тогда как паров ртути в том же объёме “уместится” всего один грамм. Однако, это справедливо для случая, если пар мгновенно перемешивается с воздухом или процесс испарения происходит достаточно долго. Это вступление.
Что же происходит с нашей чашкой чая? Разобьём вопрос на два. Во-первых, горячая жидкость остывает даже тогда, когда на неё не дуют. Часть энергии “уходит” с испарением, часть рассеивается через стенки посуды в среду. Но когда на жидкость дуют, то она остывает заметно быстрее (“дуй на ложку, суп горячий”, ага?). Это связано как раз с тем, что в обычных условиях, когда чашка с чаем просто стоит на столе, воздух с паром перемешиваются не мгновенно. В итоге на границе жидкости образуется область, куда постоянно “поступают” новые молекулы воды (мы пренебрежём “возвращенцами”, которым не хватило духу (энергии) оставаться в рядах пара и они вернулись в жидкость). Чем больше в этом слое воздуха пара, тем сложнее каждой следующей молекуле “втиснуться” в это пространство. Наконец, может наступить такой момент, когда испарение будет ограничено именно скоростью отвода пара (молекул воды) от поверхности. Испарение замедляется, а значит и остывать жидкость будет медленнее.
Когда мы дуем на поверхность чая, мы не только искусственно отводим пар от поверхности воды, позволяя жидкости спокойно испаряться, но также в некоторой степени отводим потенциальных “возвращенцев”, которые могли вернуться обратно и тем самым повысить температуру жидкости. Таким образом стимулируется испарение, а значит увеличиваются потери внутренней энергии (читай: быстрее снижается температура) жидкости.
Из тех же соображений раньше было принято пить чай из блюдечка. Площадь поверхности жидкости в блюдечке больше, чем в чашке, а масса жидкости, которую нужно остудить, меньше. Налил чай в блюдечко, подул на него для пущего эффекта и можно пить. Потом новую порцию.
Так что дуть на горячий чай — это не просто традиция. Физика говорит, что это оправдано.
Источник
