Эксперимент

Домашние экспериментальные задания по теме «Теплота»

Опыт 1. Тепловое расширение воздуха

Установка. Колба, укреплённая в штативе дном вверх и закрытая пробкой. сквозь пробку пропущена стеклянная трубочка, её нижний конец опущен в стакан с водой. Нижняя часть трубочки заполнена водой.

Задача. Как, не дотрагиваясь до выставленных приборов, понизить уровень воды в трубке?

Решение. Поднести к колбе руку, щёку или подышать на неё.

Дополнения. Как повысить уровень во­ды в трубочке? Как влияет объём колбы на степень изменения воды в трубочке? С какой жидкостью получится более значительное перемещение столбика воды?

Ответы. Любым способом понизить температуру колбы, например, положить на неё мокрое полотенце.

• Зависимость прямая.
• С жидкостью, имеющей малый удельный вес.

 

Опыт 2. Расширение и сжатие газа

Установка. Стакан с водой. Стеклянная трубка (диаметр 1–1,5 см, длина 20 см), запаянная с одного конца и имеющая оттянутый кончик на другом.

Задача. Как набрать воду из стакана в трубочку?

Решение. Сильно натереть трубку суконкой, опустить её открытый конец в воду и подождать.

Дополнения. Влияет ли диаметр трубки на количество переходящей в неё воды? Как увеличить количество воды, набираемой в трубку?

Ответы. Чем больше диаметр трубки, тем больше войдёт в неё воды (при одной и той же температуре).

• Подержать трубку нагретым концом вверх и, быстро перевернув, тотчас опустить в воду.
• Нагревать трубку можно также в кипятке, в пламени спички и т.п., но не слишком, чтобы стекло при наполнении холодной водой не треснуло. Удалять воду из трубочки можно встряхиванием.

 

Опыт 3. Распространение звука

Установка. Круглодонная стеклянная колба с небольшим количеством воды, закреплённая в штативе. Колба закрыта резиновой пробкой с проходящей сквозь неё стеклянной трубкой. К нижнему концу трубки на нитке подвешен маленький бубенчик, а на верхний конец надет отрезок резиновой трубки с зажимом. Спиртовка, спички.

Задача. Выньте трубку из колбы. Доведите воду до кипения. Плотно вставьте трубку обратно, быстро отодвиньте спиртовку и погасите её. Подождите, пока колба с водой совершенно остынет. Выньте её из штатива и, раскачивая, заставьте зазвучать бубенчик. Вы услышите очень слабый звон. Почему звон усилится, если открыть зажим и снова зажать его?

Решение. Из-за конденсации пара в колбе после её остывания получается весьма разреженная среда. После впуска воздуха плотность среды, проводящей звук, становится нормальной.

Дополнение. С какой жидкостью опыт дал бы значительно лучший результат?

Ответ. Со ртутью, т.к. плотность паров ртути при комнатной температуре почти в 13 000 раз меньше плотности паров воды.

 

Опыт 4. Упругость газа

Установка. Большая бутылка с водой (объём воды примерно равен 1/5 объёма бутылки). Горлышко закрыто пробкой, сквозь которую пропущена стеклянная трубка. Нижний её конец опущен в воду на 3–4 см, верхний согнут под прямым углом, на него надета короткая резиновая трубочка. Рядом с бутылкой поставлен стакан и положен лист чистой бумаги.

Задача. Как из бутылки налить воду в стакан, не вынимая пробки?

Решение. Бумагой обернуть кончик резиновой трубки (из гигиенических соображений) и вдуть в бутылку воздух. Зажать пальцами резиновую трубку и, вынув её изо рта, подставить стакан и разжать пальцы.

Дополнения. Когда больше выльется воды: когда её мало или когда её много? Из какой бутылки – высокой и узкой или широкой и низкой (объём одинаковый) – выльется больше воды?

Ответы. Когда воды мало, т.к. в оставшейся части больше воздуха.

• Из низкой, т.к. вода должна подняться по вертикальной части трубки на меньшую высоту.

 

Опыт 5. Плавание тел

Установка. Стеклянная банка, до половины налитая водой. На дне лежит картофелина.

Задача. Как изменить состав воды, чтобы, не касаясь картофелины, заставить её подниматься к поверхности воды?

Решение. Растворяя поваренную соль в воде, увеличиваем плотность воды, и картофелина всплывает.

Дополнения. Придумайте способ, с помощью которого можно, не касаясь картофелины и не выливая воду из банки, заставить картофелину плавать внутри жидкости или снова опуститься на дно. Что произойдёт с плавающей на поверхности картофелиной, если нагревать воду?

Ответы. Медленно наливать в банку чистую воду и наблюдать за картофелиной.

• Если нагреть воду, картофелина может опуститься на дно.

 

Опыт 6. Конденсация пара

Установка. Круглодонная колба с очень небольшим количеством воды. Большая фотографическая кювета с водой. Спиртовка.

Задача. Как наполнить колбу водой из кюветы, не трогая самой кюветы?

Решение. На спиртовке вскипятить воду в колбе и опустить колбу горлышком в кювету.

Дополнения. Почему вода входит в колбу вначале медленно, а затем быстро? Почему в момент наполнения колбы водой ощущается резкий толчок? Как, не вынимая горла колбы из воды (после наполнения), удалить из колбы воду?

Ответы. Колба тем быстрее наполняется водой, чем ниже температура её стенки: чем сильнее охлаждается стенка, тем быстрее конденсируется пар и уменьшается давление в колбе. Следовательно, тем быстрее вода наполняет колбу, быстрее охлаждает её и т.д.

• Скорость воды при наполнении колбы очень велика. Удар её о дно колбы ощущается как толчок.
• Наклонить резервуар колбы и нагреть её на спиртовке.

 

Опыт 7. Превращение тепловой энергии в механическую

Установка. Две одинаковые колбы, закрытые пробками, сквозь которые пропущены два конца стеклянной толстостенной трубки, согнутой П-образно. В колбы налито немного воды, в неё опущены концы трубки, которая тоже заполнена водой. На середину стеклянной трубки надета пробка, к которой привязана тонкая двойная верёвка. Пробка передвигается так, чтобы трубка была горизонтальной. Штатив с электрической лампочкой 100–200 Вт, кусок картона, длиной чуть больше горизонтальной части стеклянной трубки и шириной, примерно равной диаметру колбы.

Задача. Как заставить колбы качаться, не дотрагиваясь до них?

Решение. Заслонив картоном правую колбу, включим лампочку. В результате нагревания левой колбы часть воды начнёт переливаться в правую, и левая колба начнёт подниматься. Заслонив тем же картоном левую колбу, заставим её опускаться и т.д. Можно автоматизировать процесс: расположим полоску картона между колбами так, чтобы опустившаяся колба попадала под свет лампочки, а поднявшаяся входила в тень от картонной полосы.

Дополнение. С какими колбами получится больший эффект – с прозрачными или зачернёнными? Вся колба или её часть должна быть зачернена? Сосуды какой формы дадут лучшие результаты?

Ответы. С зачернёнными, т.к. они быстрее и сильнее нагреваются.

• Часть колбы, которая обращена к источнику света, должна быть зачернённой для лучшего поглощения тепла.
• С широкой плоской стенкой, обращённой к источнику света.

Продолжение следует