Μετατροπή υγρού σε αέριο - Βρασμός

Μετατροπή υγρού σε αέριο - Βρασμός στη Φυσική Β? Τάξης 2008-09

 

Μετατροπή υγρού σε αέριο - Βρασμός

 

ΥΛΙΚΑ ΠΟΥ ΑΠΑΙΤΟΥΝΤΑΙ:

1. Ηλεκτρονικός ζυγός (ΓΕ.130.0)

2. Ποτήρια ζέσης 250mL (ΧΗ.300.6) & 100mL (ΧΗ.300.4)

3. Βάση παραλληλόγραμμη (ΓΕ.010.0)

4. Ράβδοι μεταλλικές 0,80m (ΓΕ.030.3) & 0,30m (ΓΕ.030.1)

5. Σύνδεσμος απλός (ΓΕ.020.0)

6. Εργαστηριακός λύχνος (ΘΕ.005.0) [ή Ηλεκτρικός θερμαντήρας (ΘΕ.006.0)]

7. Τρίποδας θέρμανσης (ΘΕ.015.0)

8. Πλέγμα πυρίμαχο (ΘΕ.020.0)

9. Θερμόμετρο -10?C έως 110?C (ΘΕ.030.0)

10. Γάντια προστασίας [θερμομονωτικά] (ΓΕ.440.0)

11. Χρονόμετρο ηλεκτρονικό (ΓΕ.160.0)

12. Σπάτουλες (ΧΗ.040.0)

13. Αλάτι & Απιονισμένο νερό

14. Αναπτήρας & Μιλιμετρέ χαρτί

15. Μολύβι & Υπολογιστής χειρός (κομπιουτεράκι)

 

ΓΕΝΙΚΕΣ ΠΑΡΑΤΗΡΗΣΕΙΣ:

  • Για να έχουμε λιγότερες απώλειες θερμότητας στο περιβάλλον στηρίζουμε τον εργαστηριακό λύχνο πάνω σε κομμάτια φελιζόλ ώστε να πλησιάσει στο πυρίμαχο πλέγμα.
  • Η φλόγα στον εργαστηριακό λύχνο να είναι αρκετά δυνατή ώστε να ανέλθει η θερμοκρασία του νερού από τους 20?C, που είναι περίπου, στους 100?C σε 6 έως 8 min για να μπορέσει να ολοκληρωθεί η μέτρηση σε 13 ή 14 min περίπου.
  • Είτε χρησιμοποιήσουμε εργαστηριακό λύχνο είτε διαθέτουμε ηλεκτρικό θερμαντήρα φροντίζουμε να κρατήσουμε τον ρυθμό θέρμανσης σταθερό κατά την πειραματική διαδικασία.
  • Όταν διαλύουμε 50g αλάτι σε 200g νερό 20?C περίπου το διάλυμα μπορεί να είναι πυκνό αλλά όχι κορεσμένο [Σε 100mL αποσταγμένο νερό 20?C διαλύονται 36g αλατιού].

 

ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΗ ΔΙΑΔΙΚΑΣΙΑ:

1. Κρεμάμε το θερμόμετρο από την οριζόντια μεταλλική ράβδο μήκους 0,30m με τρόπο ώστε να μπορούμε να αυξομειώνουμε την απόστασή του από το ποτήρι ζέσης των 250mL μετακινώντας πάνω ? κάτω τον απλό σύνδεσμο. Όταν αρχίσουμε τις μετρήσεις το δοχείο του θερμομέτρου να είναι μέσα στο νερό και να μην ακουμπά τον πυθμένα ή τα τοιχώματα του ποτηριού ζέσης.

2. Για να πάρουμε 200g νερό (βρύσης ή απιονισμένο) ακολουθούμε τη διαδικασία:

- Ζυγίζουμε το ποτήρι ζέσης των 250mL.

? Ζυγίζουμε ξανά το ποτήρι προσθέτοντας νερό μέχρι να αυξηθεί το βάρος του κατά 200g ή μηδενίζουμε το ζυγό και προσθέτουμε 200g νερού [οι ενδείξεις όγκου στα ποτήρια ζέσης δεν είναι ιδιαίτερα ακριβείς, γι? αυτό μη μας φανεί περίεργο αν ο όγκος του νερού δεν φαίνεται για 200mL].

3. Ανάβουμε τον λύχνο και αρχίζουμε να μετράμε χρόνο και ανά 1min θερμοκρασίες αφού πρώτα παρατηρήσουμε ότι η θερμοκρασία του νερού έχει αρχίσει να ανεβαίνει.

4. Σχηματίζουμε πίνακα τιμών χρόνου ? θερμοκρασίας ολοκληρώνοντας τη διαδικασία αφού θα έχουμε πάρει και 5 ή 6 τιμές μετά την έναρξη του βρασμού.

5. Μόλις πάρω την τελευταία τιμή θερμοκρασίας σβήνω το λύχνο, ανεβάζω ψηλότερα το θερμόμετρο και τοποθετώ το ποτήρι ζέσης με το νερό πάνω στον ζυγό για να υπολογίσω την μείωση της ποσότητας του νερού και την ποσότητα των παραχθέντων υδρατμών.

6. Με τις τιμές του παραπάνω πίνακα σχεδιάζω σε μιλιμετρέ χαρτί τη γραφική παράσταση θερμοκρασίας ? χρόνου.

7. Επαναλαμβάνουμε την παραπάνω διαδικασία (εκτός του υπολογισμού της ποσότητας των παραχθέντων υδρατμών) με αλατόνερο προσθέτοντας 50g αλάτι σε 200g νερό. Αφού πάρουμε τα 200g νερό, όπως είπαμε παραπάνω (στο 2) ακολουθούμε την εξής διαδικασία:

- Ζυγίζουμε ένα ποτήρι ζέσης των 100mL.

? Ζυγίζουμε ξανά το ποτήρι προσθέτοντας αλάτι μέχρι να αυξηθεί το βάρος του κατά 50g ή μηδενίζουμε το ζυγό και προσθέτουμε 50g αλατιού.

? Αδειάζουμε το αλάτι στο ποτήρι ζέσης των 250mL με το νερό.

? Αναδεύουμε μέχρι να διαλυθεί.

8. Ενδεικτικές μετρήσεις και υπολογισμούς παραθέτουμε στον παρακάτω πίνακα:

Νερό βρύσης

 

Απιονισμένο νερό

 

Αλατόνερο

t (min)

θ (?C)

 

t (min)

θ (?C)

 

t (min)

θ (?C)

0

25

 

0

25

 

0

24

1

37

 

1

35

 

1

35

2

49

 

2

47

 

2

46

3

61

 

3

59

 

3

57

4

72

 

4

70

 

4

68

5

81

 

5

80

 

5

76,5

6

90

 

6

89

 

6

85

7

98,5

 

7

98

 

7

94

8

100

 

8

99.5

 

8

102

9

100

 

9

99,8

 

9

104,5

10

100

 

10

99,8

 

10

104,5

11

100

 

11

99,8

 

11

104,8

12

100

 

12

99,8

 

12

104,8

13

100

 

13

99,8

 

13

105

mνερού (πριν)=200g

 

mνερού (πριν)=200g

 

14

105

mνερού (μετά)=172,5g

 

mνερού (μετά)=174,1g

 

mαλατόνερου (πριν)=249,9g

mατμών=27,5g

 

mατμών=25,9g

 

mαλατόνερου (μετά)=224,2g

9. Οι γραφικές παραστάσεις, που αντιστοιχούν στον παραπάνω πίνακα είναι:

10. Για να υπολογίσουμε την θερμότητα βρασμού του νερού, που στο σχολικό βιβλίο (σελ. 144) δίνεται ίση με Q = 2.256?(103J/Kg) = 2.256 J/g ακολουθούμε την παρακάτω διαδικασία. Θεωρείται δεδομένο ότι το ποσό θερμότητας που παίρνει το νερό από την εστία θερμότητας είναι σταθερό ανά λεπτό καθ? όλη τη διάρκεια του πειράματος.

Από τον τύπο Q=m?c?Δθ και θεωρώντας δεδομένο ότι c = 4,2 J/gC για το νερό, έχουμε:

α) το νερό βρύσης κατά τη θέρμανσή του τα πρώτα 5min απορρόφησε ποσό θερμότητας Q=200g?4,2J/gC?56°C=47.040J. Άρα 47.040J απορροφά και κατά τα 5min του βρασμού.

Συνεπώς η θερμότητα βρασμού ανά g νερού είναι 47.040J/27,5g=1710,5 J/g.

β) το απιονισμένο νερό κατά τη θέρμανσή του τα πρώτα 5min απορρόφησε ποσό θερμότητας Q=200g?4,2J/gC?55°C=46.200J. Άρα 46.200J απορροφά και κατά τα 5min του βρασμού.

Συνεπώς η θερμότητα βρασμού ανά g νερού είναι 46.200J/25,9g=1783,8 J/g.

11. Ο προηγούμενος εργαστηριακός οδηγός (σελ. 40, ερώτηση 4) γράφει ότι χρειάζεται 100J ενέργεια για να ανυψωθεί μια πέτρα 10Kg σε ύψος 1m. Άρα με τη θερμότητα που απαιτείται για να βράσει 1g νερού βρύσης θα ανύψωνε κάποιος την πέτρα των 10Kg κατά 17m περίπου.

 

 

 

 


 

Ε.Κ.Φ.Ε. Καρδίτσας Σερ. Μπίτσιος τηλ. 2441 079 170 - 1 fax: 2441 079 172 e-mail: Αυτή η διεύθυνση ηλεκτρονικού ταχυδρομείου προστατεύεται από τους αυτοματισμούς αποστολέων ανεπιθύμητων μηνυμάτων. Χρειάζεται να ενεργοποιήσετε τη JavaScript για να μπορέσετε να τη δείτε. website: http://ekfe.kar.sch.gr

Το υλικό της σελίδας σε αρχεία για αποθήκευση: 1. Οδηγός ΕΚΦΕ (doc) 2. Εικόνες

Μετατροπή υγρού σε αέριο - Βρασμός

 

ΥΛΙΚΑ ΠΟΥ ΑΠΑΙΤΟΥΝΤΑΙ:

1. Ηλεκτρονικός ζυγός (ΓΕ.130.0)

2. Ποτήρια ζέσης 250mL (ΧΗ.300.6) & 100mL (ΧΗ.300.4)

3. Βάση παραλληλόγραμμη (ΓΕ.010.0)

4. Ράβδοι μεταλλικές 0,80m (ΓΕ.030.3) & 0,30m (ΓΕ.030.1)

5. Σύνδεσμος απλός (ΓΕ.020.0)

6. Εργαστηριακός λύχνος (ΘΕ.005.0) [ή Ηλεκτρικός θερμαντήρας (ΘΕ.006.0)]

7. Τρίποδας θέρμανσης (ΘΕ.015.0)

8. Πλέγμα πυρίμαχο (ΘΕ.020.0)

9. Θερμόμετρο -10?C έως 110?C (ΘΕ.030.0)

10. Γάντια προστασίας [θερμομονωτικά] (ΓΕ.440.0)

11. Χρονόμετρο ηλεκτρονικό (ΓΕ.160.0)

12. Σπάτουλες (ΧΗ.040.0)

13. Αλάτι & Απιονισμένο νερό

14. Αναπτήρας & Μιλιμετρέ χαρτί

15. Μολύβι & Υπολογιστής χειρός (κομπιουτεράκι)

 

ΓΕΝΙΚΕΣ ΠΑΡΑΤΗΡΗΣΕΙΣ:

P Για να έχουμε λιγότερες απώλειες θερμότητας στο περιβάλλον στηρίζουμε τον εργαστηριακό λύχνο πάνω σε κομμάτια φελιζόλ ώστε να πλησιάσει στο πυρίμαχο πλέγμα.

P Η φλόγα στον εργαστηριακό λύχνο να είναι αρκετά δυνατή ώστε να ανέλθει η θερμοκρασία του νερού από τους 20?C, που είναι περίπου, στους 100?C σε 6 έως 8 min για να μπορέσει να ολοκληρωθεί η μέτρηση σε 13 ή 14 min περίπου.

P Είτε χρησιμοποιήσουμε εργαστηριακό λύχνο είτε διαθέτουμε ηλεκτρικό θερμαντήρα φροντίζουμε να κρατήσουμε τον ρυθμό θέρμανσης σταθερό κατά την πειραματική διαδικασία.

P Όταν διαλύουμε 50g αλάτι σε 200g νερό 20?C περίπου το διάλυμα μπορεί να είναι πυκνό αλλά όχι κορεσμένο [Σε 100mL αποσταγμένο νερό 20?C διαλύονται 36g αλατιού].

 

ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΗ ΔΙΑΔΙΚΑΣΙΑ:

1. Κρεμάμε το θερμόμετρο από την οριζόντια μεταλλική ράβδο μήκους 0,30m με τρόπο ώστε να μπορούμε να αυξομειώνουμε την απόστασή του από το ποτήρι ζέσης των 250mL μετακινώντας πάνω ? κάτω τον απλό σύνδεσμο. Όταν αρχίσουμε τις μετρήσεις το δοχείο του θερμομέτρου να είναι μέσα στο νερό και να μην ακουμπά τον πυθμένα ή τα τοιχώματα του ποτηριού ζέσης.

2. Για να πάρουμε 200g νερό (βρύσης ή απιονισμένο) ακολουθούμε τη διαδικασία:

- Ζυγίζουμε το ποτήρι ζέσης των 250mL.

? Ζυγίζουμε ξανά το ποτήρι προσθέτοντας νερό μέχρι να αυξηθεί το βάρος του κατά 200g ή μηδενίζουμε το ζυγό και προσθέτουμε 200g νερού [οι ενδείξεις όγκου στα ποτήρια ζέσης δεν είναι ιδιαίτερα ακριβείς, γι? αυτό μη μας φανεί περίεργο αν ο όγκος του νερού δεν φαίνεται για 200mL].

3. Ανάβουμε τον λύχνο και αρχίζουμε να μετράμε χρόνο και ανά 1min θερμοκρασίες αφού πρώτα παρατηρήσουμε ότι η θερμοκρασία του νερού έχει αρχίσει να ανεβαίνει.

4. Σχηματίζουμε πίνακα τιμών χρόνου ? θερμοκρασίας ολοκληρώνοντας τη διαδικασία αφού θα έχουμε πάρει και 5 ή 6 τιμές μετά την έναρξη του βρασμού.

5. Μόλις πάρω την τελευταία τιμή θερμοκρασίας σβήνω το λύχνο, ανεβάζω ψηλότερα το θερμόμετρο και τοποθετώ το ποτήρι ζέσης με το νερό πάνω στον ζυγό για να υπολογίσω την μείωση της ποσότητας του νερού και την ποσότητα των παραχθέντων υδρατμών.

6. Με τις τιμές του παραπάνω πίνακα σχεδιάζω σε μιλιμετρέ χαρτί τη γραφική παράσταση θερμοκρασίας ? χρόνου.

7. Επαναλαμβάνουμε την παραπάνω διαδικασία (εκτός του υπολογισμού της ποσότητας των παραχθέντων υδρατμών) με αλατόνερο προσθέτοντας 50g αλάτι σε 200g νερό. Αφού πάρουμε τα 200g νερό, όπως είπαμε παραπάνω (στο 2) ακολουθούμε την εξής διαδικασία:

- Ζυγίζουμε ένα ποτήρι ζέσης των 100mL.

? Ζυγίζουμε ξανά το ποτήρι προσθέτοντας αλάτι μέχρι να αυξηθεί το βάρος του κατά 50g ή μηδενίζουμε το ζυγό και προσθέτουμε 50g αλατιού.

? Αδειάζουμε το αλάτι στο ποτήρι ζέσης των 250mL με το νερό.

? Αναδεύουμε μέχρι να διαλυθεί.

8. Ενδεικτικές μετρήσεις και υπολογισμούς παραθέτουμε στον παρακάτω πίνακα:

Νερό βρύσης

 

Απιονισμένο νερό

 

Αλατόνερο

t (min)

θ (?C)

 

t (min)

θ (?C)

 

t (min)

θ (?C)

0

25

 

0

25

 

0

24

1

37

 

1

35

 

1

35

2

49

 

2

47

 

2

46

3

61

 

3

59

 

3

57

4

72

 

4

70

 

4

68

5

81

 

5

80

 

5

76,5

6

90

 

6

89

 

6

85

7

98,5

 

7

98

 

7

94

8

100

 

8

99.5

 

8

102

9

100

 

9

99,8

 

9

104,5

10

100

 

10

99,8

 

10

104,5

11

100

 

11

99,8

 

11

104,8

12

100

 

12

99,8

 

12

104,8

13

100

 

13

99,8

 

13

105

mνερού (πριν)=200g

 

mνερού (πριν)=200g

 

14

105

mνερού (μετά)=172,5g

 

mνερού (μετά)=174,1g

 

mαλατόνερου (πριν)=249,9g

mατμών=27,5g

 

mατμών=25,9g

 

mαλατόνερου (μετά)=224,2g

9. Οι γραφικές παραστάσεις, που αντιστοιχούν στον παραπάνω πίνακα είναι:

Πλαίσιο κειμένου: Θερμοκρασία (?C) Πλαίσιο κειμένου: Θερμοκρασία (?C)

10. Για να υπολογίσουμε την θερμότητα βρασμού του νερού, που στο σχολικό βιβλίο (σελ. 62) δίνεται ίση με Q=2.256?(103J/Kg)=103?2.256/1.000(J/g)=232,3(J/g) ακολουθούμε την παρακάτω διαδικασία. Είναι δεδομένο ότι το ποσό θερμότητας που παίρνει το νερό από την εστία θερμότητας είναι σταθερό ανά λεπτό καθ? όλη τη διάρκεια του πειράματος.

Από τον τύπο Q=m?c?Δθ και θεωρώντας δεδομένο ότι c=4,2J/gC για το νερό, έχουμε:

α) το νερό βρύσης κατά τη θέρμανσή του τα πρώτα 5min απορρόφησε ποσό θερμότητας Q=200g?4,2J/gC?56°C=47.040J. Άρα 47.040J απορροφά και κατά τα 5min του βρασμού.

Συνεπώς η θερμότητα βρασμού ανά g νερού είναι 47.040J/200g=235,2(J/g).

β) το απιονισμένο νερό κατά τη θέρμανσή του τα πρώτα 5min απορρόφησε ποσό θερμότητας Q=200g?4,2J/gC?55°C=46.200J. Άρα 46.200J απορροφά και κατά τα 5min του βρασμού.

Συνεπώς η θερμότητα βρασμού ανά g νερού είναι 46.200J/200g=231(J/g).

11. Ο εργαστηριακός οδηγός (σελ. 40, ερώτηση 4) γράφει ότι χρειάζεται 100J ενέργεια για να ανυψωθεί μια πέτρα 10Kg σε ύψος 1m. Άρα με τη θερμότητα που απαιτείται για να βράσει 1g νερού βρύσης θα ανύψωνε κάποιος την πέτρα των 10Kg κατά 2,3m.

 

~~~~ Μετρητής Επισκέψεων ~~~~
Σήμερα49
Χθές252
Αυτή την εβδομάδα1871
Αυτό το μήνα1229
Συνολικά539217

3
Online Επισκέπτες

Κυριακή, 05 Δεκέμβριος 2021