ZŠ a MŠ L. Kuby, České Budějovice

Předmět: fyzikaRočník: VIII.Tematický celek: Práce a energieTéma: Změna vnitřní energie konáním práce – mechanický ekvivalent teplaDruh materiálu: Výukový program určený pro samostatnou práci žákůPočet hodin: 1Aplikace: MS PowerPoint 2010Autor: PhDr. Václav MeškanReferenční číslo: 17_I_F_29

JOULŮV PŘÍSTROJmechanický ekvivalent tepla Historický experiment provedený J. P. Joulem v roce 1843

VSTUPTEPoznámka k ovládání:V programu se pohybujte pomocí ovládacích prvků a odkazů umístěných na ploše.

Cíle programuPo 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

CÍLE PROGRAMU

Popis experimentu

Joulův přístroj k měření mechanického ekvivalentu tepla

Kliknutím na symbol zobrazíte informace o příslušné části Joulova přístroje.

HISTORIE EXPERIMENTU

TEORIE

?OTÁZKY A ÚKOLY

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).

Historie

CÍLE PROGRAMUZPĚT

James Prescott Joule

CÍLE PROGRAMU

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

Julius Robert von Mayer

CÍLE PROGRAMU

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

Fyzikální teorieMechanický 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:

CÍLE PROGRAMU

cMhgmt

tcMhgmQW

Δ

Δ

kde..M … hmotnost kapaliny v nádoběm … hmotnost závažíg … tíhové zrychleníh … dráha pádu závažíc … měrná tepelná kapacita vody∆t … nárůst teploty kapaliny

ZPĚT

Popis experimentu

Joulův přístroj k měření mechanického ekvivalentu tepla

Kliknutím na symbol zobrazíte informace o příslušné části Joulova přístroje.

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!

CÍLE PROGRAMU

HISTORIE EXPERIMENTU

TEORIE

?OTÁZKY A ÚKOLY

Popis experimentu

Joulův přístroj k měření mechanického ekvivalentu tepla

Kliknutím na symbol zobrazíte informace o příslušné části Joulova přístroje.

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!

CÍLE PROGRAMU

HISTORIE EXPERIMENTU

TEORIE

?OTÁZKY A ÚKOLY

Popis experimentu

Joulův přístroj k měření mechanického ekvivalentu tepla

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!

CÍLE PROGRAMU

HISTORIE EXPERIMENTU

TEORIE

?OTÁZKY A ÚKOLY

Otázky a úkoly

CÍLE PROGRAMUZPĚT

1Ve kterém roce prezentoval James Prescott Joule svůj experiment demonstrující mechanický ekvivalent tepla?

a) V roce 1943

b) V roce 1843

3) V roce 1643

Otázky a úkoly

CÍLE PROGRAMUZPĚT

2Za autora zákonu zachování energie je označován…

a) James Joule

b) Albert Einstein

c) Julius Mayer

Otázky a úkoly

CÍLE PROGRAMUZPĚT

3Které z následujících tvrzení týkajících se Joulova experimentu není pravdivé?

a) Nárůst vnitřní energie kapaliny je

rovný práci vykonané tíhovou silou na padajícím

závaží.b) Nárůst teploty kapaliny je přímo

úměrný hmotnosti závaží.

c) Nárůst teploty kapaliny je přímo

úměrný hmotnosti této kapaliny.

Otázky a úkoly

CÍLE PROGRAMUZPĚT

4Nádoba 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 °Ca) Asi 4 °C

Tvá odpověď není zcela správná, pomocí tlačítka ZPĚT se vrať k

prostudování příslušného tématu

ZPĚT

Otázky a úkoly

CÍLE PROGRAMUZPĚT

1Ve kterém roce prezentoval James Prescott Joule svůj experiment demonstrující mechanický ekvivalent tepla?

a) V roce 1943

b) V roce 1843

a) V roce 1643

Výtečně, tohle ti jde skvěle! Kliknutím do tohoto pole můžeš postoupit na další

otázku!

Otázky a úkoly

CÍLE PROGRAMUZPĚT

2Za autora zákonu zachování energie je označován…

a) James Joule

b) Albert Einstein

c) Julius Mayer

Výtečně, tohle ti jde skvěle! Kliknutím do tohoto pole můžeš postoupit na další

otázku!

b) Nárůst teploty kapaliny je přímo

úměrný hmotnosti závaží.

Otázky a úkoly

CÍLE PROGRAMUZPĚT

3Které z následujících tvrzení týkajících se Joulova experimentu není pravdivé?

a) Nárůst vnitřní energie kapaliny je

rovný práci vykonané tíhovou silou na padajícím

závaží.

c) Nárůst teploty kapaliny je přímo

úměrný hmotnosti této kapaliny.

Výtečně, tohle ti jde skvěle! Kliknutím do tohoto pole můžeš postoupit na další

otázku!

Otázky a úkoly

CÍLE PROGRAMUZPĚT

4Nádoba 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 °Ca) Asi 4 °C

Výtečně, toto byla poslední otázka a tys opět uspěl(a)!

Kliknutím do tohoto pole se spolu rozloučíme!

Gratuluji ti, programem jsi prošel/prošla skvěle, v této kapitole

fyziky jsi odborník!

Zdroj: http://www.scholarpedia.org/