Tání ledu

10.39 – Směs vody a ledu. Při tání led přijímá skupenské teplo, a tím ochlazuje své okolí.
Zdroj

Úkol: Změřte měrné skupenské teplo tání vody.

Vybavení: odměrný válec 250 ml, dlouhá tyčinka na míchání, teploměr, nádoba 250 ml (např. termohrnek), blok ledu, utěrka, kladivo

Cílem tohoto měření je určení měrného skupenského tepla tání vody – energie, kterou je nutno dodat 1 kg ledu o teplotě 0 °C k tomu, aby roztál. Měření, která budete provádět, jsou silně ovlivněná nádobou, ve které se měření provádí. Nejde ani tak o její tepelněizolační vlastnosti, ale hlavně o to, že nádoba během pokusu vyrovnává svou teplotu s kapalinou uvnitř – odebírá, nebo dodává jí teplo.

V první části měření proto bude potřeba zjistit tepelnou kapacitu nádoby – teplo, které jí musíte dodat, aby se ohřála o 1 °C. Ve druhé části určíte měrné skupenské teplo tání vody pomocí tání ledové tříště. Ledovou tříšt připravíte rozbíjením ledových kostek obalených utěrkou. Tříšť by neměla ležet na stole příliš dlouho, led totiž postupně roztává.

Postup měření:

Do odměrného válce napusťte z vodovodu teplou vodu (cca 200 ml), změřte její objem a teplotu.
Vlijte vodu do nádoby a opět změřte její teplotu. Z poklesu teploty a známé hmotnosti vody určete tepelnou kapacitu nádoby. Vodu vylijte.
Do odměrného válce napusťte vlažnou vodu (cca 200 ml o teplotě 20 až 30 °C), změřte její objem. Vlijte vodu do nádoby a změřte její teplotu po ustálení.
Do nádoby vhoďte ledovou tříšť (odhadem necelou pětinu objemu vody) a zamíchejte tyčinkou tak, aby roztála. Okamžitě změřte teplotu výsledné směsi.
Výslednou směs nalijte zpět do odměrného válce – určete hmotnost ledu, který ve vodě roztál.
Z naměřených hodnot vypočítejte měrné skupenské teplo tání vody. Porovnejte výsledek s tabulkovou hodnotou. Uveďte, co mohlo ovlivnit vaše měření.

Otázky:

Jak by dopadlo měření v bodech (1) a (2), kdybyste použili menší množství vody? Máte-li dostatek času, ověřte svůj odhad měřením.
Jak velký vliv má v tomto měření výměna tepla s okolím? Co čemu předává teplo?
Proč se používají ke chlazení nápojů kostky ledu?
Pokud máte dost času, zkuste provést ještě jeden doplňující pokus. Sypejte do studené vody tříšť a rozmíchávejte. Přidávejte tříšť tak dlouho, až přestane tát. Jakou má nyní voda teplotu? Co se stane s dalším ledem, který do této směsi přisypete?

Poznámky pro učitele

Led pro měření si snadno připravíte v mrazáku – stačí PET lahev nebo větší plastová krabička. V běžném mrazáku zamrzne 0,5 litru vody do druhého dne.

Studenti by měli přisypávat led o hmotnosti nejvýše pětiny hmotnosti vody, aby nedošlo k ochlazení vody na 0 °C.

Číselné hodnoty z kontrolních měření:

nádoba	\(m\) vody (g)	\(t\) vody (°C)	\(t\) válce (°C)	\(t\) výsledná (°C)	kapacita (J/°C)
skleněná	75	41	21	36	105
plastová	90	41	21	38	67
termohrnek	120	46	20	43	66

nádoba	\(m\) vody (g)	\(t\) vody (°C)	\(m\) ledu (g)	\(t\) výsledná (°C)	skup. teplo (kJ/kg)
skleněná	145	20	25	8	309
plastová	170	21	32	7	312
termohrnek	244	21	44	7	318