Εικονικό πείραμα: Νόμος Θερμιδομετρίας

---

Το εικονικό πείραμα δείχνει ένα δοχείο που μπορεί να περιέχει νερό ή λάδι και το οποίο μπορεί να θερμαίνεται από έναν λύχνο. Ένα θερμόμετρο δείχνει συνεχώς τη θερμοκρασία του υγρού και ένα χρονόμετρο ενεργοποιείται όταν ο λύχνος αρχίζει να λειτουργεί.
Η προσομοίωση έχει πλήκτρα για την ποσότητα, το είδος του υγρού, για την αρχική του θερμοκρασία και για τη μεταβολή της θερμοκρασίας που πρόκειται να προκαλέσει η λειτουργία του λύχνου.

Με το εικονικό πείραμα μπορείς:

• Να θερμάνεις ένα δοχείο με υγρό (νερό ή λάδι) και να μετρήσεις τη θερμοκρασία του υγρού και τον αντίστοιχο χρόνο.
• Να επαναλάβεις το εικονικό πείραμα αλλάζοντας κάποιες παραμέτρους όπως είναι η μάζα του υγρού, η μεταβολή της θερμοκρασίας του υγρού που θα προκληθεί και το είδος του υγρού.

Οδηγίες εκτέλεσης του εικονικού πειράματος

• Επίλεξε το πλήκτρο "Νερό". Τότε το δοχείο έχει μία ποσότητα νερού η οποία μεταβάλλεται από τα αντίστοιχα πλήκτρα αυξομείωσης.
• Επίλεξε την "αρχική θερμοκρασία" του νερού και τη "μεταβολή της θερμοκρασίας" που θέλεις να προκαλέσει ο λύχνος, από τα αντίστοιχα πλήκτρα αυξομείωσης.
• Επίλεξε το πλήκτρο "έναρξη/παύση" ή το πλήκτρο "on/off" πάνω στον λύχνο. Τότε ο λύχνος αρχίζει να λειτουργεί και ταυτόχρονα το χρονόμετρο τίθεται σε λειτουργία.
• Παρατήρησε την αύξηση της θερμοκρασίας του νερού με το θερμόμετρο. Κατάγραψε το χρόνο που απαιτείται για να αυξηθεί η θερμοκρασία του νερού στη μεταβολή της θερμοκρασίας που καθόρισες.
• Επανάλαβε τη διαδικασία με διαφορετική ποσότητα νερού (διπλάσια, τριπλάσια κ.λπ.) ή διαφορετική μεταβολή θερμοκρασίας (διπλάσια, τριπλάσια κ.λπ.) και κατάγραψε το χρόνο που απαιτείται για να αυξηθεί η θερμοκρασία του νερού στη μεταβολή της θερμοκρασίας που καθόρισες.
  Σημείωση: Ο χρόνος που απαιτείται για να αυξηθεί η θερμοκρασία του υγρού σε μία μεταβολή θερμοκρασίας είναι ανάλογος της θερμότητας που απορροφά το υγρό. Εάν ο χρόνος διπλασιαστεί, θα διπλασιαστεί και η ποσότητα της θερμότητας που απορροφά το υγρό, εάν ο χρόνος τριπλασιαστεί, θα τριπλασιαστεί και η θερμότητα κ.λπ.
• Επανάλαβε τη διαδικασία αλλά αντί για νερό επίλεξε το λάδι.

Η προσομοίωση λειτουργεί και με το πληκτρολόγιο.

• Όταν ανοίγει η προσομοίωση, μία φορά γίνεται πλοήγηση με το πλήκτρο "TAB", στη "καρτέλα συντελεστών" και στην "οθόνη βοήθειας". Τα πλήκτρα ενεργοποιούνται με το "Enter" και η πλοήγηση στις καρτέλες γίνεται ξανά με το "TAB".
• Έπειτα η πλοήγηση συνεχίζεται μόνο στην προσομοίωση ως εξής:
  • Με το πλήκτρο "TAB" επιλέγεις τα πλήκτρα της προσομοίωσης ("Αρχ. συνθήκες", "έναρξη", "παύση", "συνέχιση", "αυξομείωση μάζας", "αυξομείωση αρχικής θερμοκρασίας" και "αυξομείωση μεταβολής θερμοκρασίας") και τα πλήκτρα του template("ανανέωση", "προβολή πλήρους οθόνης").
  • Τα πλήκτρα της προσομοίωσης, αφού τα επιλέξεις με το "TAB", λειτουργούν με το πλήκτρο "space" (κενό) του πληκτρολογίου.
  • Τα πλήκτρα του template, αφού τα επιλέξεις με το "TAB", λειτουργούν με το πλήκτρο "space" (κενό) του πληκτρολογίου.
• Η σειρά ενεργοποίησης των πλήκτρων/αντικειμένων στην προσομοίωση είναι η εξής:
  "προβολή πλήρους οθόνης" → "Νερό" → "Λάδι" → "Αρχ. Συνθήκες" → "μείωση ποσότητας υγρού" → "αύξηση ποσότητας υγρού" → "μείωση αρχικής θερμοκρασίας" → "αύξηση αρχικής θερμοκρασίας" → "μείωση μεταβολής θερμοκρασίας" → "αύξηση μεταβολής θερμοκρασίας" → "έναρξη/παύση" → "on/off" → "ανανέωση template" και επαναλαμβάνεται ξανά η ίδια σειρά.

ΦΥΛΛΟ ΕΡΓΑΣΙΑΣ ΕΙΚΟΝΙΚΟ ΠΕΙΡΑΜΑ: ΝΟΜΟΣ ΘΕΡΜΙΔΟΜΕΤΡΙΑΣ

Ομάδα 2-3 μαθητών (στο εργαστήριο πληροφορικής):
Υπεύθυνος καθηγητής:
Ημερομηνία:

Εισαγωγή

Το περιβάλλον του εικονικού εργαστηρίου παρουσιάζεται στην παρακάτω εικόνα και αποτελείται από έναν λύχνο, από ένα δοχείο που μπορεί να περιέχει νερό ή λάδι και από μία βάση όπου πάνω της βρίσκεται το δοχείο που μπορεί να θερμαίνεται με τον λύχνο. Υπάρχει ένα χρονόμετρο που ξεκινάει τη μέτρηση από τη στιγμή που ανάβει ο λύχνος και ένα θερμόμετρο που μετράει τη θερμοκρασία του υγρού. Τέλος, υπάρχουν πλήκτρα αυξομείωσης, που καθορίζουν:

• Την ποσότητα του υγρού και το είδος του υγρού που υπάρχει μέσα στο δοχείο.
• Την αρχική θερμοκρασία και τη μεταβολή της θερμοκρασία που θα προκληθεί.

Θα διερευνήσεις τον χρόνο που απαιτείται:

• για να προκαλέσεις την ίδια μεταβολή θερμοκρασίας Δθ σε μία ποσότητα υγρού m, 2m και 3m
• για να προκαλέσεις στην ίδια ποσότητα του υγρού m, μεταβολή της θερμοκρασίας του κατά Δθ, 2Δθ και 3Δθ
• για να προκαλέσεις στην ίδια ποσότητα m διαφορετικών υγρών (νερό λάδι), την ίδια μεταβολή θερμοκρασίας Δθ.

Ο «χρόνος που απαιτείται» επειδή χρησιμοποιείς λύχνο φωτιάς σταθερής έντασης, είναι ανάλογος της θερμότητας Q που μεταφέρεται από τον λύχνο στο υγρό. Εάν σε χρόνο t μεταφέρεται στο υγρό θερμότητα Q, σε χρόνο 2t μεταφέρεται θερμότητα 2Q, σε χρόνο 3t μεταφέρεται θερμότητα 3Q κ.λπ.

Εικονικό Πείραμα

Α. Διερεύνηση του χρόνου θέρμανσης με τη μάζα του υγρού

• Επίλεξε τιμές με τα πλήκτρα αυξομείωσης, ώστε το δοχείο να έχει αρχικά μία μάζα υγρού …………… και ότι θέλεις να το θερμάνεις κατά …………°C.
• Χρονομέτρησε αυτή τη διαδικασία.
• Επανάλαβε το ίδιο με διπλάσια μάζα νερού και έπειτα με τριπλάσια μάζα νερού.
• Μετάφερε τις μετρήσεις σου στον Πίνακα 1.

Συμπέρασμα 1: Όταν η μάζα ενός υγρού διπλασιάζεται ή τριπλασιάζεται, ο χρόνος θέρμανσης για να προκληθεί η ίδια μεταβολή θερμοκρασίας

Β. Διερεύνηση του χρόνου θέρμανσης με τη μεταβολή θερμοκρασίας

• Επίλεξε τιμές με τα πλήκτρα αυξομείωσης, ώστε το δοχείο να έχει μία μάζα υγρού ……… και ότι θέλεις να το θερμάνεις αρχικά κατά …………°C.
• Χρονομέτρησε αυτή τη διαδικασία.
• Επανάλαβε το ίδιο αλλά προκάλεσε διπλάσια μεταβολή θερμοκρασίας και έπειτα τριπλάσια μεταβολή θερμοκρασίας.
• Μετάφερε τις μετρήσεις σου στον Πίνακα 2.

Συμπέρασμα 2: Όταν σε μία ποσότητα υγρού, η μεταβολή της θερμοκρασίας διπλασιάζεται ή τριπλασιάζεται, ο χρόνος θέρμανσης

Γ. Διερεύνηση του χρόνου θέρμανσης με το είδος του υγρού

• Επίλεξε τιμές με τα πλήκτρα αυξομείωσης, ώστε το δοχείο να έχει υγρό ……………… μία μάζα ……… και θέλεις να το θερμάνεις κατά …………°C.
• Χρονομέτρησε αυτή τη διαδικασία.
• Επανάλαβε το ίδιο αλλά με το άλλο υγρό.
• Μετάφερε τις μετρήσεις σου στον Πίνακα 3.

Συμπέρασμα 3: Όταν χρησιμοποιείς διαφορετικά υγρά ίδιας ποσότητας και προκαλείς την ίδια μεταβολή θερμοκρασίας, ο χρόνος θέρμανσης

Δ. Τελικό συμπέρασμα

Διατύπωσε το τελικό του συμπέρασμα, χρησιμοποιώντας τις λέξεις: εξαρτάται, ανάλογη (2), θερμότητα.

Ο χρόνος που απαιτείται για τη θέρμανση ενός υγρού, άρα και η ……………………………… που απορροφά το υγρό είναι …………………………………… με τη μάζα του υγρού, είναι ………………………………… με τη μεταβολή της θερμοκρασίας του και ……………………………………………… από το είδος του υγρού.