1. Лабораторная работа «Эффективность топлива» Цель:

1. Лабораторная работа
«Эффективность топлива»
Цель:
Сравнить эффективность различных видов топлива
Задачи:
1.
Выяснить, зависит ли эффективность топлива от его массы и,
если зависит, то как.
2.
Выяснить, зависит ли эффективность топлива от времени
горения.
Топливо:
Спирт, сухой спирт.
Приборы:
Колориметр, термометр, чашечные весы, секундомер.
Материал:
Вода.
Алгоритм действий:
1. Измерить массу всех видов топлива.
2. Налить воду в мензурку, измерить объём.
3. Вычислить массу воды.
4. Перелить воду в колориметр.
5. Нагреть воду в колориметре спиртовкой.
6. Измерить время горения.
7. Измерить массу спирта.
8. Посчитать Δ m спирта.
9. Нагреть воду в колориметре сухим горючим.
10. Измерить время горения.
11. Измерить массу сухого горючего.
12. Высчитать Δ m сухого горючего.
13. 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
Δ 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
Δ 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
Δ m = 167.8 г - 165.7 г = 2,1 г = 0,0021 кг
t˚1 = 19˚C
t˚2 = 41˚C
Δ 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
Δ m =2,4 г - 1 г = 1,4 г = 0,0014 кг
t˚1 = 19˚C
t˚2 = 34,5˚C
Δ 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.
2. Исследование по физике:
«РАЗНЫЕ ПОНИМАНИЯ ТЕПЛОВЫХ ЯВЛЕНИЙ.
РАЗЛИЧИЯ И СВЯЗЬ»
Выполнили: ученики 8α 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
разрушению
**движение молекул; ***теплоотдача **** изменение
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(λ). Эта величина
показывает, сколько энергии нужно затратить, чтобы расплавить единицу
массы вещества. Для каждого рода вещества λ – константа (за редким
исключением, например, воск). Поэтому были составлены таблицы для λ
некоторых веществ. Энергия измеряется в джоулях (Дж), а масса – в кг 
удельная теплота плавления – в Дж/кг.
 Q = λm
**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 – предельное количество 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
разрушению
(Q = λm;
Q = Lm)
**движение молекул; ***теплоотдача **** изменение
изменение агрегатного
(P = Q)
запаса заряда (тепла)
состояния
t
(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 = V исп * t исп * L;
но также мы знаем, что P = Q
t
P = V исп * t исп * L/t исп
P = LV исп
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 = λVпл, 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 λ
3) Вычислить погрешность измерений относительно табличных
данных λ
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
60
80
100
120
140
150
160
170
180
190
200
210
220
230
5
6,5
9
17
21
23
25
27
30
32
34
36,5
38
40
42,5
График зависимости
массы растаявшего льда от времени плавления
45
40
35
m(г)
30
25
m=0,161t
20
15
10
5
0
t(с)
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= λVпл
λ=P/ Vпл
λ льда = 46,9 Дж/с
0,000161кг/с
λ льда ≈ 291304 Дж/кг
λ 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, Ж.Б. Ламарка и И. Ньютона про одно и то же,
они устанавливают одну и ту же зависимость. У И. Ньютона 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 Ж.Б. Ламарка 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. У Ч. Дарвина «Движущей силой эволюции является
борьба за существование и естественный отбор», то есть внутренние силы. А
у Ж.Б. Ламарка 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
Ж.Б.Ламарка 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 Ж.Б. Ламарка
- 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 Ж.Б.
Ламарка про одно и то же: действие порождает изменение движения.