POSKUS 4
PRIMERJAVA RAZLIČNIH POKROVK
Zakaj in kako
Kot je bilo omenjeno pri poskusu številka 3, se pri uporabi pokrovke voda, ki izhlapeva ujame pod njo
in s tem znatno zmanjša kroženje zraka. Dognali smo, da pokrovka onemogoča mešanje zraka nad vodo z
zrakom iz okolice in je na nek način to tudi vloga pokrovke. Zato smo se odločili, da poskus opravimo s
pokrovkami različnih materialov in poizvemo, kakšno vlogo imajo pri tem debelina, material in na vse
zadnje tudi oblika pokrovke. Pri poskusu 3 smo ugotovili, da vloga pokrovke onemogoča konvekcijo oz.
ohranja temperaturno razliko med vodo in plastjo plina nad njo. Od tega pojava je najbolj odvisen čas
v katerem se voda segreva od 40°C do vrelišča zato smo pri poskusu 4 poskusili z različnimi materiali
in oblikami.
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.
Poskus smo opravili z tremi različnimi pokrovkami. Prvo smo preizkusili pokrovko iz stiropora potem plastično
, na koncu pa še kovinsko pokrovko. Pri vsakem poskusu merjenja smo merili temperaturo vode in temperaturo
tik nad vodo. To smo storili tako, da smo v vse pokrovke naredili dve luknji za dva termometra enega
potopljenega v vodo in drugega pozicioniranega tik nad njo. Vsaka od pokrovk je bila malenkost obtežena,
da bi meritve bile kar se da točne.
Predpostavka
Toplotni tok skozi stene posode bo enak ne glede na to, kakšna pokrovka je.
Hipoteza
Pri primerjavi različnih pokrovk (iz različnih materialov in različnih oblik, debelin), bo različen toplotni
tok skozi pokrovko, ki bo vplival na čas segrevanja. Tanjša kot je pokrovka in večji kot je koeficient
toplotne prevodnosti, večji bo toplotni tok iz plasti zraka nad vodo, torej večja temperaturna razlika
med to plastjo in vodo ter posledično večji toplotni tok iz vode v zrak. Zaradi tega se bo manjši del
energije porabil za segrevanje vode in voda se bo segrevala dlje časa.
Napoved
Temperaturna razlika med vodo in plastjo tik nad vodo bo večja pri pokrovki, ki je slabši izolator in čas
segrevanja bo v tem primeru daljši.
Rezultati
Pokrovka iz stiroporja
Δt(od 40°C do Tv) = 4.63 min +/- 0.07 min
Δt(od 40°C do Tv) = 4.63 min +/- 0.07 min
Plastična pokrovka
Δt(od 40°C do Tv) = 4.63 min +/- 0.07 min
Δt(od 40°C do Tv) = 4.63 min +/- 0.07 min
Kovinska pokrovka
Δt(od 40°C do Tv) = 4.77 min +/- 0.17 min
Δt(od 40°C do Tv) = 4.77 min +/- 0.17 min
Komentar
Grafi predstvljajo 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
Med obema meritvama ni večjih razlik, torej v okviru naše natančnosti material ne igra ključne vloge, kar
dodatno potrdi našo predpostavko iz poskusa 3, da je toplotni tok skozi pokrovko mnogo manjši kot toplotni
tok zaradi konvekcije. S tem smo ovrgli hipotezo o pomembnosti materiala in oblike (skupno – toplotne
prevodnosti) pokrovke za naše meritve.
Zakaj in kako
Kot je bilo omenjeno pri poskusu številka 3, se pri uporabi pokrovke voda, ki izhlapeva ujame pod njo
in s tem znatno zmanjša kroženje zraka. Dognali smo, da pokrovka onemogoča mešanje zraka nad vodo z
zrakom iz okolice in je na nek način to tudi vloga pokrovke. Zato smo se odločili, da poskus opravimo s
pokrovkami različnih materialov in poizvemo, kakšno vlogo imajo pri tem debelina, material in na vse
zadnje tudi oblika pokrovke. Pri poskusu 3 smo ugotovili, da vloga pokrovke onemogoča konvekcijo oz.
ohranja temperaturno razliko med vodo in plastjo plina nad njo. Od tega pojava je najbolj odvisen čas
v katerem se voda segreva od 40°C do vrelišča zato smo pri poskusu 4 poskusili z različnimi materiali
in oblikami.
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.
Poskus smo opravili z tremi različnimi pokrovkami. Prvo smo preizkusili pokrovko iz stiropora potem plastično
, na koncu pa še kovinsko pokrovko. Pri vsakem poskusu merjenja smo merili temperaturo vode in temperaturo
tik nad vodo. To smo storili tako, da smo v vse pokrovke naredili dve luknji za dva termometra enega
potopljenega v vodo in drugega pozicioniranega tik nad njo. Vsaka od pokrovk je bila malenkost obtežena,
da bi meritve bile kar se da točne.
Predpostavka
Toplotni tok skozi stene posode bo enak ne glede na to, kakšna pokrovka je.
Hipoteza
Pri primerjavi različnih pokrovk (iz različnih materialov in različnih oblik, debelin), bo različen toplotni
tok skozi pokrovko, ki bo vplival na čas segrevanja. Tanjša kot je pokrovka in večji kot je koeficient
toplotne prevodnosti, večji bo toplotni tok iz plasti zraka nad vodo, torej večja temperaturna razlika
med to plastjo in vodo ter posledično večji toplotni tok iz vode v zrak. Zaradi tega se bo manjši del
energije porabil za segrevanje vode in voda se bo segrevala dlje časa.
Napoved
Temperaturna razlika med vodo in plastjo tik nad vodo bo večja pri pokrovki, ki je slabši izolator in čas
segrevanja bo v tem primeru daljši.
Rezultati
Pokrovka iz stiroporja
Δt(od 40°C do Tv) = 4.63 min +/- 0.07 min
Δt(od 40°C do Tv) = 4.63 min +/- 0.07 min
Plastična pokrovka
Δt(od 40°C do Tv) = 4.63 min +/- 0.07 min
Δt(od 40°C do Tv) = 4.63 min +/- 0.07 min
Kovinska pokrovka
Δt(od 40°C do Tv) = 4.77 min +/- 0.17 min
Δt(od 40°C do Tv) = 4.77 min +/- 0.17 min
Komentar
Grafi predstvljajo 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
Med obema meritvama ni večjih razlik, torej v okviru naše natančnosti material ne igra ključne vloge, kar
dodatno potrdi našo predpostavko iz poskusa 3, da je toplotni tok skozi pokrovko mnogo manjši kot toplotni
tok zaradi konvekcije. S tem smo ovrgli hipotezo o pomembnosti materiala in oblike (skupno – toplotne
prevodnosti) pokrovke za naše meritve.