ZŠ a MŠ L. Kuby, České Budějovice Předmět : fyzika Ročník: VIII. Tematický celek: Práce a energie

1. ZŠ a MŠ L. Kuby, České Budějovice Předmět: fyzika Ročník: VIII. Tematický celek: Práce a energie Téma: Změna vnitřní energie konáním práce – mechanický ekvivalent tepla Druh materiálu: Výukový program určený pro samostatnou práci žáků Počet hodin: 1 Aplikace: MS PowerPoint 2010 Autor: PhDr. Václav Meškan Referenční číslo: 17_I_F_29

2. JOULŮV PŘÍSTROJmechanický ekvivalent tepla Historický experiment provedený J. P. Joulem v roce 1843 Poznámka k ovládání: V programu se pohybujte pomocí ovládacích prvků a odkazů umístěných na ploše. VSTUPTE

3. Cíle programu Po prostudování tohoto programu… • budete znát historii experimentu a chápat jeho význam v historii fyziky. • dokážete popsat Joulův přístroj a jeho jednotlivé součásti. • budete chápat fyzikální princip uplatňující se v experimentu. • dokážete pomocí příslušných výpočtů určit výsledek experimentu. ZPĚT DÁLE

4. Popis experimentu HISTORIE EXPERIMENTU Kliknutím na symbol zobrazíte informace o příslušné části Joulova přístroje. TEORIE ? OTÁZKY A ÚKOLY Joulův přístroj k měření mechanického ekvivalentu tepla CÍLE PROGRAMU

5. Historie Experiment byl proveden v roce 1843 anglickým fyzikem Jamesem Prescottem Joulem (1818 – 1889), který pomocí svého přístroje experimentálně ověřil platnost mechanického ekvivalentu tepla (viz fyzikální teorie). Tento koncept byl velmi důležitým pro následující rozvoj termodynamiky, ale především byl jedním z prvních důkazů platnosti vznikajícího zákona zachování energie, za jehož autora je označován německý lékař Julius Robert von Mayer (1814 – 1878). ZPĚT CÍLE PROGRAMU

6. JamesPrescott Joule Anglický fyzik a pivovarník narozený 24. prosince 1818 v Salfordu u Manchesteru. Studoval povahu tepla a objevil jeho vztah k mechanické práci a energii (mechanický ekvivalent tepla), spolupracoval s Williamem Thomsonem (lordem Kelvinem) na vytvoření absolutní teplotní stupnice, provedl pozorování jevu zvaného magnetostrikce a našel vztah nyní nazývaný Jouleův zákon (Množství tepla vyvinutého za sekundu ve vodiči, kterým protéká elektrický proud, je přímo úměrné čtverci proudu a elektrického odporu vodiče.). Joule zemřel 11. října 1889. ZPĚT CÍLE PROGRAMU

7. Julius Robert von Mayer Německý fyzik a lékař narozen 25. listopadu 1814 v Heilbronnu Jako první popsal proces probíhající v živých organismech (dnes známý jako oxidace) jakožto primární zdroj energie všech organismů. Jeho úspěchy byly ovšem dlouho přehlíženy a priorita v objevu mechanického ekvivalentu tepla byla přisuzována Joulovi. Mayer umírá 20. března 1878. ZPĚT CÍLE PROGRAMU

8. Fyzikální teorie Mechanický ekvivalent tepla je předchůdcem 1. zákona termodynamiky, tedy zákona zachování energie. V pokusu s Joulovým přístrojem dochází k přeměně mechanické polohové energie padajícího závaží na vnitřní energii kapaliny v nádobě. Zvýšení vnitřní energie kapaliny se projeví zvýšením její teploty. Práce vykonaná tíhovou silou závaží W je tedy za ideálních podmínek (při zanedbání energetických ztrát) rovna nárůstu vnitřní energie kapaliny Q. Pro nárůst teploty kapaliny lze z předchozí úvahy odvodit vztah mezi dráhou pádu závaží, hmotností závaží a hmotností kapaliny: kde.. M … hmotnost kapaliny v nádobě m … hmotnost závaží g … tíhové zrychlení h … dráha pádu závaží c … měrná tepelná kapacita vody ∆t … nárůst teploty kapaliny ZPĚT CÍLE PROGRAMU

9. Popis experimentu HISTORIE EXPERIMENTU Kliknutím na symbol zobrazíte informace o příslušné části Joulova přístroje. TEORIE ? OTÁZKY A ÚKOLY Padající závaží o známé hmotnosti roztáčí přes kladku hřídel s lopatkami. Na stupnici měřidla vpravo lze odečítat dráhu, kterou závaží během pádu urazilo. Pro návrat ZPĚT klikněte do tohoto okna! Joulův přístroj k měření mechanického ekvivalentu tepla CÍLE PROGRAMU

10. Popis experimentu HISTORIE EXPERIMENTU Kliknutím na symbol zobrazíte informace o příslušné části Joulova přístroje. TEORIE ? OTÁZKY A ÚKOLY Otáčející se lopatky míchají kapalinu v tepelně izolované nádobě, čímž zvyšují vnitřní energii této kapaliny. Změna její vnitřní energie se následně projeví změnou teploty měřené teploměrem (vlevo). Pro návrat ZPĚT klikněte do tohoto okna! Joulův přístroj k měření mechanického ekvivalentu tepla CÍLE PROGRAMU

11. Popis experimentu HISTORIE EXPERIMENTU Kliknutím na symbol zobrazíte informace o příslušné části Joulova přístroje. Hřídel s upevněnými lopatkami je poháněna padajícím závažím vpravo. Klika slouží pouze k opětovnému návratu závaží do původní polohy. Pro návrat ZPĚT klikněte do tohoto okna! TEORIE ? OTÁZKY A ÚKOLY Joulův přístroj k měření mechanického ekvivalentu tepla CÍLE PROGRAMU

12. Otázky a úkoly 1 Ve kterém roce prezentoval JamesPrescott Joule svůj experiment demonstrující mechanický ekvivalent tepla? a) V roce 1943 b) V roce 1843 3) V roce 1643 ZPĚT CÍLE PROGRAMU

13. Otázky a úkoly 2 Za autora zákonu zachování energie je označován… a) James Joule b) Albert Einstein c) Julius Mayer ZPĚT CÍLE PROGRAMU

14. Otázky a úkoly 3 Které z následujících tvrzení týkajících se Joulova experimentu není pravdivé? c) Nárůst teploty kapaliny je přímo úměrný hmotnosti této kapaliny. a) Nárůst vnitřní energie kapaliny je rovný práci vykonané tíhovou silou na padajícím závaží. b) Nárůst teploty kapaliny je přímo úměrný hmotnosti závaží. ZPĚT CÍLE PROGRAMU

15. Otázky a úkoly 4 Nádoba obsahuje 0,1 l vody. Hmotnost závaží je 1 kg. Urči, jak se změní teplota vody, spadne-li závaží o 1,5 cm? Případné chybějící údaje zjisti z vhodných zdrojů. a) asi 0,04 °C a) asi 0,004 °C a) Asi 4 °C ZPĚT CÍLE PROGRAMU

16. Tvá odpověď není zcela správná, pomocí tlačítka ZPĚT se vrať k prostudování příslušného tématu ZPĚT

17. Otázky a úkoly 1 Ve kterém roce prezentoval JamesPrescott Joule svůj experiment demonstrující mechanický ekvivalent tepla? Výtečně, tohle ti jde skvěle! Kliknutím do tohoto pole můžeš postoupit na další otázku! a) V roce 1943 b) V roce 1843 a) V roce 1643 ZPĚT CÍLE PROGRAMU

18. Otázky a úkoly 2 Za autora zákonu zachování energie je označován… Výtečně, tohle ti jde skvěle! Kliknutím do tohoto pole můžeš postoupit na další otázku! a) James Joule b) Albert Einstein c) Julius Mayer ZPĚT CÍLE PROGRAMU

19. Otázky a úkoly 3 Které z následujících tvrzení týkajících se Joulova experimentu není pravdivé? Výtečně, tohle ti jde skvěle! Kliknutím do tohoto pole můžeš postoupit na další otázku! c) Nárůst teploty kapaliny je přímo úměrný hmotnosti této kapaliny. a) Nárůst vnitřní energie kapaliny je rovný práci vykonané tíhovou silou na padajícím závaží. b) Nárůst teploty kapaliny je přímo úměrný hmotnosti závaží. ZPĚT CÍLE PROGRAMU

20. Otázky a úkoly 4 Nádoba obsahuje 0,1 l vody. Hmotnost závaží je 1 kg. Urči, jak se změní teplota vody, spadne-li závaží o 1,5 cm? Případné chybějící údaje zjisti z vhodných zdrojů. Výtečně, toto byla poslední otázka a tys opět uspěl(a)! Kliknutím do tohoto pole se spolu rozloučíme! a) asi 0,04 °C a) asi 0,004 °C a) Asi 4 °C ZPĚT CÍLE PROGRAMU

21. Gratuluji ti, programem jsi prošel/prošla skvěle, v této kapitole fyziky jsi odborník! Zdroj: http://www.scholarpedia.org/