POSKUS 3
KONVEKCIJA
Zakaj in kako
Pri uporabi pokrovke se voda, ki izhlapeva ujame pod njo in s tem znatno zmanjša kroženje zraka. Zrak
tako ostane vroč, ker se ne meša z hladnejšim zrakom iz okolice, kar omogoča vodi v posodi, da se
segreva hitreje. Poskusa smo se lotili podobno kot pri prejšnjem, samo da smo tokrat uporabili dva
termometra. Z enim termometrom smo merili temperaturo vode v posodi, z drugim pa temperaturo zraka
med vodo in pokrovko.
Opis
V pokrovko smo izvrtali dve luknji. Skozi prvo luknjo smo potisnili prvi termometer, s katerim smo merili
temperaturo vode. Ta je moral biti potopljen v vodo. Drugi termometer smo medtem potisnili skozi drugo
luknjo do približnje sredine med gladino vode in pokrovke. S tem smo merili temperaturo zraka nad gladino
vode. Drugi termometer smo postavili na omenjeno višino in ne bližje gladini, da smo se kasneje izognili
problemu, pri katerem bi mehurčki ob vrenju škropili po termometru. Oba termometra smo nad pokrovko obdali
z koščkom plastelina, da voda ni izhlapevala okoli termometra. Postopek smo nato ponovili trikrat.
Predpostavka
Pri meritve s pokrovko lahko zanemarimo toplotni tok skozi pokrovko, saj smo uporabili pokrovko iz
stiroporja (ki deluje kot dober izolator).
Hipoteza
Čas vrenja je povezan s toplotnim tokom med vodo in plastjo tik nad vodo. Konvekcija je proces pri
katerem pride do segrevanja spodnje plasti zraka in dvigovanja te plasti ter spuščanja hladnejšega
zraka pri čemer pride do mešanja in posledično toplotnega toka iz plasti nad vodo v okolico. Zaradi
konvekcije bo prenos toplote iz vode v okolico večji in se bo voda počasneje segrevala (del energije,
ki se bi porabil za segrevanje vode se bo izgubil s toplotnim tokom v okolico zaradi konvekcije).
Na kratko: zrak nad vodo se bo segreval in odnašal energijo v okolico, ko se bo zamenjal
s hladnejšim zrakom.
Merska natančnost
Pri meritvah časa smo naredili vsaj 3 meritve. Vzeli smo njihovo povprečno vrednost, tako da smo jih
sešteli in delili z številom meritev, nato pa za naključno mersko napako vzeli absolutno vrednost razlike
med maksimalno oziroma minimalno vrednostjo meritve ter povprečno vrednostjo.
Najprej smo merili od 50°C do temperature vrelišča in ugotovili da v povprečju dobimo krajši čas pri meritvah
s pokrouko, vendar se meritvi brez in z pokrouko prekrivata z območji merske napake. To smo v nadaljnjih
meritvah upoštevali ter merili čas od 40°C, da bi zmanjšali relativno napako meritev
časa.
Temperaturo vrelišča smo odčitali iz grafa v točki kjer se neha spreminjati (se ustali), a ker je točka
nekoliko nejasna, iz odčitavanja sledijo odstopanja, ki jih upoštevamo pri skupni napaki.
Pri napakah smo upoštevali tudi napake zaradi merilnih naprav, saj smo uporabljali dva termometra,
ki sta se lahko v meritvah razlikovala.
Napoved
Temperaturna razlika med vodo in plastjo plina nad vodo bo večja pri poskusu brez pokrovke, kar pomeni,
da se energija vode izgublja s konvekcijo.
Rezultati
Gretje s pokrovko
Δt(od 40°C do Tv) = 4.63 min +/- 0.07 min
Δt(od 40°C do Tv) = 4.63 min +/- 0.07 min
Gretje brez pokrovke
Δt(od 40°C do Tv) = 5.38 min +/- 0.18 min
Δt(od 40°C do Tv) = 5.38 min +/- 0.18 min
Komentar
Grafi predstavljajo odvisnost temperature od časa pri segrevanju s pokrovko.
Rdeča krivulja prikazuje temperaturo vode, modra krivulja pa temperaturo zraka
nad gladino. Temperatura vrelišča je temperatura v
kateri se temperatura vode ustali.
Ugotovitve
Temperaturna razlika je opazno večja v poskusu brez pokrovke, torej se napoved ujema
z rezultati poskusa, in podpira našo hipotezo.