Feladat: 82. fizika mérési feladat Korcsoport: 16-17 Nehézségi fok: átlagos
Megoldó(k):  Buzinkai András ,  Kelemen Eszter ,  Kucsera Itala ,  Liszka Görgy ,  Tasnádi Tamás 
Füzet: 1986/január, 47. oldal  PDF file
Témakör(ök): Hőtani mérés, Mérési feladat
Hivatkozás(ok):Feladatok: 1985/szeptember: 82. fizika mérési feladat

5 percen át tarts az öklödet 0,4 kg tömegű, eredetileg 15C-os vízbe! Hogyan változik ennek következtében a víz hőmérséklete? Mennyi energiát adtál át a víznek?

A 15C-osra lehűtött 0,4 liter vizet termoszba öntöttem, amelyet előzőleg szintén 15C-osra hűtöttem. Így sikerült elérni, hogy a hőveszteség kicsi legyen.
A víz hőmérsékletét 0,1C pontosságú hőmérővel mértem. Az öklömet beletartottam a vízbe és 20 másodpercenként leolvastam a hőmérséklet értékét. Öklöm lassú mozgatásával kevertem a vizet. A mérési eredményeket a táblázat tartalmazza.
 


idő (s)020406080100120140160180200220240260280300hőm. (C)1515,71616,416,717,217,61818,318,518,819,119,219,319,419,4

 

A mérés 5 perce alatt a víz 15C-ról 19,4C-ra emelkedett. Az átadott energia
ΔE=cmΔt=4,2  kJ/(kg  C)0,4  kg4,4C=7,4kJ.
A mérés pontossága 20%-ra becsülhető, mivel az edény felmelegítésére fordított energiát és a veszteségeket nem vettük figyelembe.
 
 

 

 Kelemen Eszter (Székesfehérvár, József A. Gimn., I. o. t.)
 

Megjegyzések. 1. A mérés eredménye, a leadott energia természetesen függ a személytől, a személy pillanatnyi állapotától is. Ezért különböző feladatmegoldók különböző energiaértékeket kaptak. A mérések nagy része 41kJ és 10kJ közötti eredményre vezetett.
2. Kucsera Italakimérte, hogy a keze a mérés alatt 36,3C-ról 28,2C-ra hűlt le. Buzinkai András összefüggést talált a víz felmelegedésének mértéke és az egyén lelkiállapota között. Liszka Györgyelvégezte a mérést mindkét öklével külön-külön. Tasnádi Tamás kimutatta, hogy több egymás utáni mérésnél a felmelegedés értéke csökken, amit a kéz lehűlésével magyarázott.
3. A grafikonról látszik, hogy magasabb vízhőmérsékletnél a hőmérséklet növekedési üteme csökken. Ezt sokan azzal magyarázták, hogy a kéz lehűlt.
A víz hőmérséklete azonban akkor is csökkenő ütemben emelkedne, ha a kéz végig Tk=36C-os lenne. Ekkor a hőátadás a hőmérsékletkülönbséggel arányos, azért a víz hőmérséklete exponenciálisan közelít a 36C-hoz: T=r(Tk-T), ahol r állandó, így T=Tk+(T0-Tk)e-rt.
A kéz lehűlése természetesen még lassítja a hőmérséklet növekedési ütemét.
4. Többen elvégezték a lényeges korrekciós méréseket is. A víz felmelegedését akkor, amikor nincs benne az öklünk, a szoba melegebb levegője okozza. Ennek a segédmérésnek az eredményét figyelembe véve, néhányan korrigálták az előzőleg kapott eredményeket. Az edény hőkapacitásának lemérése is pontosabbá tette a mérést.
5. Voltak, akik a veszteségek elkerülése végett 15C-os helyiségben végezték a mérést.