Dane informacyjne

2. Dane informacyjne • Nazwa szkoły: Zespół Szkół w Barwicach - Gimnazjum • ID grupy: 98/56_mf_g2 • Kompetencja: Matematyczno - fizyczna • Temat projektowy: Rozszerzalność cieplna ciał stałych , cieczy i gazów. • Semestr/rok szkolny: II / 2010/2011

3. Autorzy prezentacji: • Szymon Andrusiów, • Kinga Ciecieląg • Bartosz Grabusiński • Dominika Liszka • Szymon Pietrasik • Anna Siembab • Marcin Koperski • Paweł Żelazowski • Klaudia Kuśpit • Kinga Swarcewicz • Aleksandra Kraska • Wojciech Dobniak • Maciej Sikorski Opiekun:Ewa Żelazowska

4. Cele projektu : Kształcenie umiejętności samodzielnego korzystania z różnych źródeł informacji, gromadzenie, selekcjonowanie i przetwarzanie zdobytych informacji, doskonalenie umiejętności prezentacji zebranych materiałów, rozwijanie własnych zainteresowań, samokształcenie, wyrabianie odpowiedzialności za pracę własną i całej grupy, kształcenie umiejętności radzenia sobie z emocjami oraz godnego przyjmowania niepowodzeń i ich właściwej interpretacji.

5. Temat projektu

6. Czym zajmowaliśmy się w II semestrze w ramach projektu „Rozszerzalność cieplna ciał stałych, cieczy i gazów” • Wyszukiwaliśmy informacje i opisywaliśmy pojęcia: energia cieplna, temperatura, pomiary temperatury, rozszerzalność cieplna ciał stałych, cieczy i gazów, rozszerzalność objętościowa, rozszerzalność liniowa, współczynnik rozszerzalności cieplnej ciał, termometry. • Przygotowaliśmy instrukcje do wykonania doświadczeń. • Przeprowadziliśmy doświadczenia związane z rozszerzalnością cieplną ciał stałych, cieczy i gazów. • Wykonaliśmy plansze z informacjami i wykresami dotyczącymi rozszerzalności cieplnej ciał. • Rozwiązywaliśmy zadania rachunkowe i problemowe na zadany temat. • Sporządzaliśmy wykresy. • Opracowaliśmy i przedstawiliśmy przykłady wykorzystywania rozszerzalności cieplnej przez człowieka w życiu codziennym i gospodarce. • Stworzyliśmy prezentację multimedialną.

7. PLAN PREZENTACJI • Opis pojęć, definicje, wzory • Opis doświadczeń z zakresu rozszerzalności cieplnej ciał stałych , cieczy i gazów • Zadania wraz z wynikami • Wyniki prac badawczych nad projektem • Efekty pracy (wnioski) • Podsumowanie.

8. Nowe pojęcia: Rozszerzalność cieplna Rozszerzalność cieplna (rozszerzalność termiczna) – właściwość fizyczna ciał polegająca na zwiększaniu się ich długości (rozszerzalność liniowa) lub objętości (rozszerzalność objętościowa) w miarę wzrostu temperatury.Pomimo tej definicji wyróżniamy jednak następujące typy: • rozszerzalność liniowa • rozszerzalność powierzchniowa • rozszerzalność objętościowa www.wikipedia.pl

9. WSPÓŁCZYNNIK ROZSZERZALNOŚCI Wielkość charakterystyczna dla danej substancji ilościowo charakteryzująca jej rozszerzalność cieplną. Jest to stała materiałowa, której wartość jest względną zmianą rozmiarów ciała przy zmianie temperatury o 1 K. Współczynnik rozszerzalności jest nieliniową funkcją temperatury. Dla większości materiałów zależność ta jest słaba, dlatego w niezbyt dużym zakresie temperatur wartość tego współczynnika można uznać za stałą. W zależności od stanu skupienia i geometrii ciała złożonego z danej substancji, wyróżnia się współczynnik rozszerzalności liniowej i objętościowej. • www.wikipedia.pl

10. Rozszerzalność liniowa Przyjmuje się, że zmiana długości jest proporcjonalna do zmiany temperatury, co wyraża wzór na rozszerzalność liniową: x-długość przedmiotu po zmianie temperatury, Xo -długość początkowa, α - współczynnik rozszerzalności liniowej, ΔT- przyrost temperatury. www.wikipedia.pl

11. Współczynnik rozszerzalności liniowej Dla ciał stałych określa się zazwyczaj współczynnik charakteryzujący względną zmianę rozmiarów liniowych, czyli współczynnik rozszerzalności liniowej. Zdefiniowany jest on wzorem : www.wikipedia.pl

12. Rozszerzalność objętościowa Ciecze nie mają własnej długości dlatego określa się rozszerzalność objętościową opisaną wzorem: V- objętość cieczy po zmianie temperatury, Vo - objętość początkowa, β- współczynnik rozszerzalności objętościowej. www.wikipedia.pl

13. WSPÓŁCZYNNIK ROZSZERZALNOŚCI OBJĘTOŚCIOWEJ W przypadku płynów częściej stosuje się współczynnik charakteryzujący względną zmianę objętości, czyli współczynnik rozszerzalności objętościowej. Współczynnik ten określa wzór : www.wikipedia.pl

14. Dylatometria - dział fizyki zajmujący się metodami pomiaru rozszerzalności cieplnej ciał. Laboratorium fizyczne – DOŚWIADCZENIA

15. Rozszerzalność temperaturowa (cieplna, termiczna) ciał stałych.

16. Rozszerzalność temperaturowa ciał stałych Doświadczenie 1 • Cel doświadczenia: Badanie temperaturowej rozszerzalności ciał stałych. • Potrzebne przedmioty: Dylatoskop, pręty: stalowy, mosiężny, aluminiowy i szklany, denaturat, • Kolejne czynności: • 1. Rynienkę dylatoskopu napełnij denaturatem (do rynienki należy nalać za każdym razem taką sama ilość denaturatu). • 2. Ostrożnie zapal denaturat. • 3. Obserwuj wskazówkę przyrządu. • Wyniki doświadczenia: Wskazówka przesuwa się w górę.

17. Doświadczenie z dylatoskopem.

18. Wykres zależności wydłużenia pręta od czasu ogrzewania. Opracowanie własne.

19. Wyjaśnienie zaobserwowanego zjawiska: • Ogrzewanie powoduje wydłużenie się pręta , a jego niezamocowany koniec przesuwa wskazówkę. Po wystygnięciu (ostudzeniu ) pręta wskazówka powoli opada. • Zmieniając pręty można stwierdzić, że ich wydłużenie spowodowane ogrzewaniem (jednakowym przyrostem temperatury) nie jest jednakowe. Najwięcej wydłuża się aluminium (glin),mosiądz, żelazo(stal) i szkło.

20. Dokładne pomiary pozwoliły na określenie wydłużenia 1 metra substancji przy wzroście temperatury o 100°C Zebrane dane przedstawia diagram 1

21. Co z tego wynika? • Przyrost długości pręta (Δl) jest wprost proporcjonalny do przyrostu temperatury (Δt), co zapisujemy jako: • Δl ~Δt • Na przykład przy ogrzaniu o 100°C drut stalowy o długości 1m wydłuży się o 1mm.

22. Doświadczenie 2 • Cel doświadczenia: Badanie temperaturowej rozszerzalności ciał stałych – rozszerzalność objętościowa. • Potrzebne przedmioty: Pierścień Gravesanda, palnik, • Kolejne czynności: • 1. Metalową kulkę, która swobodnie przechodzi przez tzw. pierścień Gravesanda, ogrzewaj przez chwilę. • 2. Rozgrzaną kulkę włóż do pierścienia.

23. Doświadczenie z pierścieniem Gravesanda. Kulka przechodzi przez otwór w pierścieniu. A teraz?

24. Wyjaśnienie zaobserwowanego zjawiska: • Wynik doświadczenia: • Rozgrzana kulka nie mieści się w otworze pierścienia. • Gorąca kulka jest powiększona we wszystkich kierunkach, tzn. ma zwiększoną objętość.

25. Ciąg dalszy doświadczenia • Tym razem podgrzewamy również pierścień. • Obserwujemy, że kulka przeszła przez otwór. • Wniosek: • W wyniku ogrzewania kulka zwiększyła swoją objętość, a więc powiększyła się jej średnica. O tyle samo powiększyła się średnica pierścienia tak więc ogrzana kulka bez przeszkód przechodzi przez ogrzany pierścień.

26. Doświadczenie 3- badanie właściwości bimetalu • Cel doświadczenia: Badanie temperaturowej rozszerzalności ciał stałych. • Potrzebne przedmioty: Bimetal-Taśma bimetalowa. Jest ona wykonana z połączonych ze sobą pasków z dwóch różnych metali- inwaru(stop żelaza i niklu) i mosiądzu, palnik gazowy. • Kolejne czynności: • Taśmę bimetalową podgrzewamy za pomocą palnika.

27. Bimetal przed ogrzaniem,

28. Wygięcie bimetalu do dołu.

29. Wygięcie bimetalu do góry.

30. Wniosek: • Wynik obserwacji: Obserwujemy wygięcie się bimetalu. • Podczas ogrzewania taśmy część wykonana z mosiądzu rozszerza się bardziej niż część wykonana z inwaru. Skutkiem tego jest wygięcie taśmy bimetalowej. W miarę jego stygnięcia bimetal odzyskuje kształt pierwotny. Stopy te, ze sobą spojone – zostały tak dobrane, że ich współczynniki rozszerzalności liniowej znacznie się między sobą różnią

31. Przykłady rozszerzalności temperaturowej ciał stałych –a to ciekawe… • zjawisko rozszerzalności temperaturowej wykorzystuje się do produkcji różnego typu termometrów metalowych (prętowych). W metalowej rurce umieszcza się pręt wykonany z innego metalu. Miarą temperatury jest różnica długości pręta i rurki. Zaletą termometrów metalowych jest duży zakres mierzonych temperatur, zaś wadą mała dokładność. • gitarzyści w czasie występów na estradzie bardzo często muszą stroić gitary, ponieważ ich metalowe struny ogrzane np. silnym światłem reflektorów rozszerzają się, co powoduje ich rozstrojenie. • budując drogę z betonową nawierzchnią, zostawia się szczeliny, aby beton miał miejsce na rozszerzanie się w upalne dni. • Przewody linii napowietrznych zawiesza się luźno, aby nie uległy zerwaniu po skurczeniu się w mroźne dni.

32. 1. Szyny kolejowe i tramwajowe łączy się ze sobą, zostawiając pomiędzy kolejnymi odcinkami szyn tzw. przerwy dylatacyjne. www.wikipedia.pl

33. 2. Stalowe przęsła mostu mogą być latem nawet o pół metra dłuższe niż zimą. Dlatego stosuje się zazębiające się stalowe „grzbiety” za których pomocą łączy się poszczególne części nawierzchni mostu. Nie przyczepia się też mostu sztywno do podłoża, lecz pod jednym z końców przęsła umieszcza się stalowe walce, po których koniec ten może się toczyć. www.wikipedia.pl

34. 3. Taśma bimetalowa ma zastosowanie w różnego rodzaju czujnikach, które stosuje się np.: w pralkach, w piecykach gazowych, w żelazku, w piecyku elektrycznym. http://sciagawa.com.pl/Fizyka/Termodynamika/Rozszerzalnosc-temperaturowa-cial

35. Badanie rozszerzalności cieplnej cieczy

36. Doświadczenie 1 Cel:Rozszerzalność temperaturowa cieczy. Przyrządy : Butelka po lekarstwach, strzykawka, rurka, plastelina kolorowa ciecz, naczynie z wrzątkiem. Czynności: • Do butelki za pomocą strzykawki wstrzykujemy kolorową ciecz, która spłynie na koniec rurki. • Butelkę wkładamy do naczynia z wrzątkiem. Obserwacje: • Poziom cieczy wyraźnie się podniósł.

37. Obserwacje: I etap • II etap • III etap

38. Doświadczenia– ciąg dalszy!!! Cel :Rozszerzalność temperaturowa cieczy Przyrządy : termometr laboratoryjny, naczynie z wrzątkiem Obserwacja 1.Temperatura początkowa wynosi 20 stopni Celsjusza 2. Podczas włożenia termometru do wrzątku temperatura gwałtownie wzrosła . Wniosek: Poziom rtęci się podniósł.

39. Rozszerzalność temperaturowa cieczy Mam koleżankę. • Czy mnie lubi? • Chyba tak!!!

40. Działa na zasadzie dylatoskopu …

41. Wnioski z doświadczeń • Ciecze po ogrzaniu rozszerzają się, • zwiększa się ich objętość.

42. Przyrost objętości cieczy w cm3

43. O ile zwiększa swą objętość 1 dm³ cieczy przy wzroście temperatury o 1ºC (od 20ºC do 21ºC) ? - diagram 2 Opracowanie własne.

44. Co z tego wynika? • Przyrost objętości cieczy jest różny dla różnych rodzajów cieczy.

45. Anomalna rozszerzalność cieplna wody Ogrzewając wodę od temperatury 0°C do 4°C, można zaobserwować zmniejszenie się jej objętości. W tym zakresie temperatur zachodzi zjawisko anomalnej rozszerzalności cieplnej wody. To anomalne zachowanie wody związane jest z faktem, że w wodzie ciekłej w temperaturze nieco powyżej 0°C istnieją resztki luźnej struktury lodu. Wzrost temperatury niszczy tę strukturę, pozwalając na gęstsze upakowanie cząsteczek, a więc objętość wody maleje. Gęstość wody w zakresie 0°C do 4°C rośnie i jest największa w temperaturze 4°C, po czym znów maleje. http://www.sciaga.pl/tekst/62097-63anomalna_rozszerzalnosc

46. Co z tego wynika: Dzięki tej anomalii zbiorniki wodne nie zamarzają do dna, gdyż przy dnie znajduje się woda o największej gęstości, czyli o temperaturze 4° C. Pozwala to rybom przeżyć ciężką zimę.

47. Zależność zmian objętości wody od temperatury. http://pl.wikipedia.org/wiki/Temperatura

48. Czym jest temperatura. Temperatura - jedna z podstawowych w termodynamice wielkości fizycznych, będąca miarą stopnia nagrzania ciał. Temperaturę można ściśle zdefiniować tylko dla stanów równowagi termodynamicznej, z termodynamicznego bowiem punktu widzenia jest ona wielkością reprezentującą wspólną własność dwóch układów pozostających w równowadze ze sobą. Temperatura jest związana ze średnią energią kinetyczną ruchu i drgań wszystkich cząsteczek tworzących dany układ i jest miarą tej energii. lub Temperatura jest wielkością fizyczną związaną z szybkością ruch cząsteczek ciała. Im wyższą temperaturę ma ciało, tym szybszy jest chaotyczny ruch cząsteczek, z których to ciało jest zbudowane. http://pl.wikipedia.org/wiki/Temperatura

49. Jednostki temperatury: Jednostką temperatury w układzie SI jest kelwin[K]. Inne jednostki to: • Skala Celsjusza : • Skala Fahrenheita : • Skala Kelvina : • Skala Rankine'a : • Skala Réaumur'a : • Skala Rømer'a : • Skala Delisle : • Skala Newton'a : http://www.narzedzia.cprojekt.pl/temperatura

50. Temperatura zera absolutnego. • Najniższa z możliwych temperatur. Temperatura zera absolutnego (lub zera bezwzględnego), to temperatura, w której zanikają wszelkie drgania cząsteczek. Innymi słowy: Energia układu termodynamicznego przyjmuje wartość najniższą z możliwych.Zero absolutne = 0°K = -273.15°C http://www.narzedzia.cprojekt.pl/temperatura