Какие тела теряют энергию, если их температура выше итоговой, а какие получают, если ниже её?

Наблюдай начальные температуры: тёплая вода и нагретый внутренний стакан отдают тепло, каждая порция холодной воды его принимает.

1. Назови каждый теплообменяющийся объект (тёплая вода, внутр. стакан, одна порция холодной воды).
2. Определи для кого знак тепла будет положительным, а для кого отрицательным (отдача/приём).
3. Запиши словесно: кто отдал суммарно энергию, кто получил суммарно энергию.
4. Перечисли все тела, входящие в баланс, чтобы перейти к записи уравнения.

Подумай: в отсутствие потерь суммарная отданная теплота равна суммарно принятой.

Запиши уравнение сохранения энергии для процесса: суммарная теплоёмкость отдающих тел, умноженная на разность их начальной и итоговой температур, равна сумме теплоёмкостей принимающих тел, умноженных на разности итоговой и их начальных температур.

1. В обозначениях задачи запиши отданную теплоту: .
2. Запиши принятую теплоту одной порцией: и домножь на число порций .
3. Составь уравнение баланса: .
4. Проверь смысл полученного уравнения и подготовься к выводу зависимости .

Вырази итоговую температуру через известные теплоёмкости и температуры, не забыв, что итог зависит от n через суммарную теплоёмкость холодных порций.

Начни с уравнения баланса и приведи его к виду, в котором в числителе стоят известные величины, а в знаменателе — сумма теплоёмкостей.

1. Раскрой скобки в уравнении баланса и собери все члены с в одну сторону.
2. Вырази как дробь, где в числителе стоят комбинации , а в знаменателе — .
3. Выразите из полученной системы (получи формулу ).

Измерь температуры окружения и холодной воды и зафиксируй их до начала эксперимента.

Используй электронный термометр; дождись установившегося показания (показание не меняется в течение ~5–6 с) и запиши и .

1. Включи термометр и помести в воздух на рабочем месте — дождись стабильного значения и запиши .
2. Помести термометр в ёмкость с холодной водой, дождись стабилизации и запиши .
3. Проверь, что измерения сделаны до набора тёплой воды в калориметр и зафиксируй результаты в журнале.

Выбери объём порции так, чтобы хватило порций для наглядной зависимости, но не перелить калориметр.

Подумай, какой максимальный хочешь получить и какой объём вмещает калориметр; выбери так, чтобы не превышало вместимость и чтобы изменения температуры были заметны.

1. Определи объём тёплой воды (рекомендовано ~80 мл).
2. Оцени максимальное число порций , которое хочешь получить, и вычисли .
3. Запиши выбранный и вычисли теплоёмкость порции для дальнейших расчётов.

Вырази теплоёмкость внутреннего стакана через известные параметры и параметры прямой аппроксимации.

Из соотношений линеаризации получи отношение , откуда вырази ; затем вычисли массу и удельную теплоёмкость металла по .

1. Вычисли и .
2. Вычисли используя найденные .
3. Взвесь внутренний стакан, найди его массу , затем вычисли удельную теплоёмкость металла .

Наблюдается ли заметное изменение температуры между моментом перемешивания и записью показаний термометра? Сравни быстрый скачок при добавлении порции с более медленным изменением, если оно есть.

Оцени теплопотери за характерное время измерения, пользуясь законом о теплопередаче на границе: скорость теплоотдачи пропорциональна разности температур среды и содержимого калориметра (в общем виде).

1. Измерь или зафиксируй типичное время τ между внесением порции, перемешиванием и регистрацией устойчивой температуры.
2. Оцени за это время величину потерянного тепла, считая скорость потерь пропорциональной разности температур и используя выбранную модель теплообмена.
3. Сравни полученную оценку потерь с температурным изменением, которое даёт одна порция при идеальном (без потерь) смешении.
4. Выразите долю тепловых потерь k за интервал τ из полученной системы оценок и на её основании установите критерий (момент), с которого учет потерь становится существенным.

Оцени долю потерь, измерив, сколько энергии уходит в окружающую среду за время одного шага эксперимента.

Проведи контрольный опыт: помести в калориметр воду при той же начальной температуре, не добавляя порций, измеряй убывание температуры за время одного шага; сравни потерянную теплоту с теплотой, передаваемой при добавлении одной порции, чтобы найти долю .

1. Нагрей воду до и замерь спад температуры за время, равное среднему интервалу от добавления порции до фиксации .
2. Переведи этот спад в потерю энергии: .
3. Вычисли тепло, передаваемое одной порцией: при первой порции, и найдите долю или сравнимую оценку.
4. При необходимости повтори эксперимент для более точной оценки .