Лабораторная работа
«Эффективность топлива»
Цель:
Сравнить эффективность различных видов топлива
Задачи:
Выяснить, зависит ли эффективность топлива от его массы и, если зависит, то как. Выяснить, зависит ли эффективность топлива от времени горения.Топливо:
Спирт, сухой спирт.
Приборы:
Колориметр, термометр, чашечные весы, секундомер.
Материал:
Вода.
Алгоритм действий:
Измерить массу всех видов топлива. Налить воду в мензурку, измерить объём. Вычислить массу воды. Перелить воду в колориметр. Нагреть воду в колориметре спиртовкой. Измерить время горения. Измерить массу спирта. Посчитать ? m спирта. Нагреть воду в колориметре сухим горючим. Измерить время горения. Измерить массу сухого горючего. Высчитать ? m сухого горючего. Записать результаты.Ход работы:
Опыт 1 «Зависимость эффективности топлива от времени»
Vводы = 90 см3
mводы= 90г = 0,09 кг
Спиртовка:
t?1 = 19?C
t?2 = 34.5?C
? t? = 34.5?C - 19?C =15.5?C
t = 2,05 мин = 125 с
Pспирта = 4200Дж/кг*?C * 0,09кг * 15,5?C? 46,9 Дж/с
125 с
Сухое горючее:
t?1 = 19?C
t?2 = 31?C
? t? = 31?C – 19?C = 12?C
t = 2,05 мин = 125 с
Pс. г. = 4200Дж/кг*?C * 0,09кг * 12?C ? 36,3 Дж/с
125 с
ВЫВОД: Спиртовка эффективнее сухого горючего по «мощности» в 46,9/36,3 ? 1,3 раза.
Опыт 2 «Зависимость эффективности топлива от массы горючего»
Спиртовка:
m1 = 167.8 г
m2 = 165.7 г
? m = 167.8 г - 165.7 г = 2,1 г = 0,0021 кг
t?1 = 19?C
t?2 = 41?C
? t? = 41?C – 19?C = 22?C
mводы= 0.15 кг
qспирта= 4200Дж/кг*?C * 0,15 кг * 22?C = 66*105 Дж/кг
0,0021 кг
Сухое горючее:
m1 = 2,4 г
m2 = 1 г
? m =2,4 г - 1 г = 1,4 г = 0,0014 кг
t?1 = 19?C
t?2 = 34,5?C
? t? = 34,5?C – 19?C = 15,5?C
mводы= 0,09 кг
qс. г. = 4200Дж/кг*?C * 0,09 кг * 15,5?C = 4185*103 Дж/кг = 41,85*105 Дж/кг
0,0014 кг
ВЫВОД: Спиртовка эффективнее сухого горючего по удельной теплоте сгорания в 66*105 /41,85*105 ? 1,6 раз.
Исследование по физике:
«РАЗНЫЕ ПОНИМАНИЯ ТЕПЛОВЫХ ЯВЛЕНИЙ.
РАЗЛИЧИЯ И СВЯЗЬ»
Выполнили: ученики 8? класса
МОУ СОШ «Эврика - развитие»
Найчуков Никита, Мальц Олег, Терзи Марина, Гитман Игорь.
На одном из уроков Физики мы, как обычно, обсуждали предложенную учителем тему: «Энергия». И все мы задались вопросом: «А что же это такое?». И у нас получились разные представления, очень интересные и креативные. Вот они:
*действие по **движение молекул; ***теплоотдача **** изменение
разрушению изменение агрегатного запаса заряда (тепла)
состояния
• *Вот понимание Энергии с точки зрения деструктивного воздействия - разрушения. То есть Энергия и есть сила, которая разрушает предмет. Это разрушение кристаллической решётки твёрдого тела (плавление) или жидкости (испарение)
• **Понимание Энергии как переход от чего-то к чему-то. Для плавления и испарения - это изменение агрегатного состояния. Испаряясь, вода как бы движется вверх и меняет свой внешний вид.
• ***Мы представляем Энергию как тепло, которое может переходить от одного тела к другому. Например: при таянии льда выделяется тепло - Энергия, то есть можно считать лёд видом топлива, или при испарении вещество выделяет тепло, этот процесс тоже можно считать выделением топлива.
• ****И, наконец, Энергия как заряд. По этому пониманию у каждого предмета, вещества, материи в нашем мире есть запас (некая шкала, определяющаяся по параметрам (размерам) предмета). И по соответствию со шкалой, предмет может вместить определенное количество заряда. Например: Если бумагу нагревать (то есть заряжать ее запас зарядом), то она нагреется до определенного места, а потом начнет гореть. Так вот когда она начнет гореть, заряд превысил запас и высвободился в пространство. То есть у предмета есть запас, и заряд, количество заряда определяется источником, когда заряд превышает запас предмета, заряд освобождается и переходит во что-то, или деморализуется (исчезает).
«Понятия и характеристики с разных позиций на тепловые явления»
Все 4 понимания, как уже было сказано, появились на уроке. Но их не просто записали и забыли. О них думали, их развивали, экспериментировали, с помощью них решали задачи (многим через своё понимание, наконец, стала понятна тема!). И чем больше они развивались, тем всё яснее и яснее вырисовывалась проблема: все они настолько разные, что представители разных пониманий даже не всегда могут понять друг друга!
«ИХ НУЖНО СВЯЗАТЬ МЕЖДУ СОБОЙ!»
- подумали мы. Но для этого ведь понимания на уровне ощущения, описания недостаточно. Нужен перевод на язык физики, а точнее, нужны понятия и формулы, связывающие их. Q – энергия. Пока лишь она связывает все понимания…Это величина, с помощью которой можно измерить тепло. А вот как по-разному это можно сделать
ПЛАВЛЕНИЕ:
*Введём понятие – удельная теплота плавления(?). Эта величина показывает, сколько энергии нужно затратить, чтобы расплавить единицу массы вещества. Для каждого рода вещества ? – константа (за редким исключением, например, воск). Поэтому были составлены таблицы для ? некоторых веществ. Энергия измеряется в джоулях (Дж), а масса – в кг ? удельная теплота плавления – в Дж/кг.
?Q = ?m
**Ни одно движение не обходится без такой характеристики как скорость, чтобы измерить его быстроту. Скорость плавления(Vпл)показывает, какова масса вещества, расплавленного за единицу времени. Измеряется в кг/с.
?Vпл = ?m
t
***Введём понятие – мощность(P). Мощность – величина, показывающая, сколько энергии (тепла) тело отдаёт за единицу времени. В данной позиции кристаллизующиеся тела рассматриваются как топливо, а тепловые процессы – процессы теплоотдачи. Мощность теплоотдачи измеряется в Дж/с.
?P = Q/t
ИСПАРЕНИЕ:
*Введём понятие – удельная теплота парообразования(L). Эта величина показывает, сколько энергии нужно затратить, чтобы испарить единицу массы жидкости. Для каждого рода вещества L – константа. Поэтому были составлены таблицы для L некоторых жидкостей. Измеряется в Дж/кг.
?Q = Lm
**По аналогии со скоростью плавления вводим скорость испарения(Vисп). Измеряется она также в кг/с.
?Vисп= ?m
t
*** Мощность теплоотдачи измеряется для конденсирующихся жидкостей; показывает, сколько энергии пар, превращающийся в жидкость, отдал. Измеряется также в Дж/с.
?P = Q/t
Для понимания **** мы, к сожалению, не можем представить формулы, т. к. никак не можем сойтись во мнении, но зато мы введём некоторые основные понятия из этой будущей теории:
Заряд (энергия) – тепло, которое передаётся от тела к телу.
Энерговосприимчивость – аналог удельной теплоёмкости, «активность тела». Показывает, насколько хорошо тело принимает энергию. Возможно, быстроту её принятия.
Запас заряда – предельноеколичество заряда, которое может принять данное тело. Запас тела зависит от его размеров (массы), энерговосприимчивости тела и разницы между
- температурой плавления тела и температурой в данное время – для плавления
- температурой кипения и температурой в данный момент – для испарения
Аморфный запас – запас, значение которого не является константой, как например, у парафина (т. к. у него нет постоянной температуры плавления)
Плотность заряда – величина, показывающая, сколько заряда приходится на единицу массы.
Тепловые процессы:
Плавление (кристаллизация)
Испарение (конденсация)
*действие по **движение молекул; ***теплоотдача **** изменение
разрушению изменение агрегатного (P = Q) запаса заряда (тепла)
(Q = ?m; состояния t
Q = Lm) (Vпл = ?m;
t
Vисп= ?m)
t
Таким образом, цель работы – связать разные позиции относительно тепловых явлений физическим языком и доказать это экспериментально.
Мы попробовали связать понимания* и **. И вот, что у нас получилось:
Известно, что:
Q = Lm;
Vисп = ?m
t
?Q = Vисп * tисп * L;
но также мы знаем, что P = Q
t
?P = Vисп * t исп * L/t исп
P = LVисп
Эту гипотезу мы решили проверить экспериментально.
…
Экспериментальная работа
«Скорость плавления льда»
Материалы: стеклянная банка, 3 кубика льда, пенопласт.
Приборы: сверло, секундомер, мензурка, термос, штатив.
Топливо: спиртовка.
Установка: На штативе на некоторой высоте закреплена стеклянная банка с небольшой дыркой, просверлённой в крышке (крышкой вниз). В банке вертикальная перегородка из пенопласта, по одну сторону от которой находятся 3 кубика льда температурой 0?С. Под банкой – спиртовка. Под дыркой в крышке – мензурка.
Гипотеза: P = ?Vпл, где P – мощность топлива(спиртовки), Vпл - скорость плавления тела (льда).
Цель: Связать 2 понимания плавления * и **.
Задачи: 1) Измерить скорость плавления льда
2) Зная мощность спиртовки (из экспериментальной работы «Эффективность топлива»), посчитать коэффициент ?
3) Вычислить погрешность измерений относительно табличных данных ?
Ход работы: 1.Подготовили установку.
2.Вытащили лёд из термоса и положили его в банку (см. Установка).
3. Зажгли спиртовку.
4. Замерили время плавления льда.
5.Через определённое время замеряли m воды, получившейся в результате плавления.
6. Записали результаты.
Результаты:
Таблица зависимости массы растаявшего льда от времени плавления:
t (сек) | m растаявшего льда (г) |
0 | 0 |
20 | 2,5 |
40 | 5 |
60 | 6,5 |
80 | 9 |
100 | 17 |
120 | 21 |
140 | 23 |
150 | 25 |
160 | 27 |
170 | 30 |
180 | 32 |
190 | 34 |
200 | 36,5 |
210 | 38 |
220 | 40 |
230 | 42,5 |
Коэффициент графика – скорость плавления льда.
Vпл ? 0,161 г/с = 0,000161 кг/с
Из результатов экспериментальной работы «Эффективность топлива»:
Pспирта = 46,9 Дж/с
Проверка гипотезы: P= ?Vпл
??=P/ Vпл
? льда = 46,9 Дж/с
0,000161кг/с
? льда ? 291304 Дж/кг
? льда (табл. данные) = 340000 Дж/кг
Абсолютная? = 340000 Дж/кг - 291304 Дж/кг = 48696 Дж/кг
Относительная? = 48696Дж/кг /340000Дж/кг *100% ? 14,3%
Вывод: Гипотеза, возможно, верна.
ВЫВОДЫ:
1. Гипотеза подтверждается.
2. Скорость плавления и скорость испарения зависят от мощности топлива (источника нагревания)
ВОЗМОЖНЫЕ ДВИЖЕНИЯ:
1. Установить зависимость между понятиями из разных позиций.
2. Доказать это экспериментально.
3. Рассмотреть процессы нагревания и горения.
Отрывок из работы Лобановой Оли: «Сравнение биологического и физического аспектов зависимости движения от действия».
По сути теории Ч. Дарвина, и И. Ньютона про одно и то же, они устанавливают одну и ту же зависимость. действие порождает изменение движения и то же самое в биологии. По закону И. Ньютона F=ma, где F – сила, с которой что-то действует на тело. Чем больше эта сила, тем больше ускорение а. F – количественная мера действия, а а – количественная мера движения. Это второй закон И. Ньютона. Если действия нет (F = 0), то и движение не изменяется (а=0) – это первый закон И. Ньютона. По 3-му закону – действие равно противодействию.
Но и в теориях эволюции и Ч. Дарвина действие порождает движение. Ведь что такое эволюция? Это есть движение. «Всё движется - всё изменяется». А что является причиной изменений в природе и биологии? Вот тут есть расхождения. «Движущей силой эволюции является борьба за существование и естественный отбор», то есть внутренние силы. А у изменения порождают внешние силы (климат, одомашнивание, скрещивание). Я думаю, кстати, что оба они правы и их теории дополняют друг друга, а в учебнике написано, что теория неправильная и она противоречит теории Ч. Дарвина. но я не понимаю, в чём противоречие. Так вот характеристикой действия у Ч. Дарвина является разные виды борьбы за существование и естественный отбор. А у - изменение климата, одомашнивание и скрещивание.
В чём сходятся эти учёные, так это в том, что от этих факторов меняется в эволюции. Изменение внешнего вида, появление и исчезновение каких-то частей тела и изменение количества особей. Иногда вымирание целого вида.
Попробуем найти аналог законов И. Ньютона, в теориях эволюции. Вот здесь нас ждёт разочарование. Ничего подобного в биологии по сравнению с физикой – нет. Законы сходятся по зависимости, а дальше они расходятся. В чём же?
- никаких формул в биологии нет. Все зависимости сформулированы словами. Поэтому точно зависимость в биологии не определить;
- законы эволюции видны будут только через много миллионов лет, их экспериментально не проверить. И вообще биологические законы – это больше предположения, чем закон;
- в физике существует только то, что можно измерить или посчитать. Поэтому для установления количественных зависимостей необходимы физические приборы. Так вот никаких биологических приборов нет. И в этом ещё одно отличие биологии от физики.
А в остальном законы И. Ньютона и законы эволюции Ч. Дарвина и про одно и то же: действие порождает изменение движения.
