Teplo a kalorimetrická rovnice

Žáci rozliší teplo a teplotu, používají měrnou tepelnou kapacitu a sestavují kalorimetrickou rovnici včetně skupenského tepla. První zápis Celsiovy stupnice zůstává na základní škole.

Průvodce tématem Teplo a kalorimetrická rovnice v předmětu Fyzika pro II. ročník: co mají žáci zvládnout, na co navázat a kde nejčastěji chybují. K tomu příprava na hodinu, pracovní list nebo písemka, které ScioBot připraví na jedno kliknutí přesně pro tento ročník.

Připravit hodinu Všechny formáty

Klikněte a tvořte

Získejte přípravu zdarma

Vyberte formát. Jedním kliknutím otevřete tvorbu na téma Teplo a kalorimetrická rovnice (II. ročník) — ScioBot ho připraví za vás.

Připravit hodinu

Další formáty na jedno kliknutí

Téma i ročník jsou už vyplněné. Nic nepíšete — rovnou tvoříte.

Na gymnáziu v II. ročníku se žáci vracejí k teplu jako k přenosu vnitřní energie, nikoli jako k „horkosti“ tělesa. Teplota (včetně termodynamické teploty) popisuje stav soustavy; teplo Q je energie, která při styku těles s různou teplotou přechází, aniž by šlo o práci. Měrná tepelná kapacita c a tepelná kapacita C = mc umožňují spočítat změnu teploty při dodání nebo odebrání tepla, pokud nedochází ke změně skupenství.

Kalorimetrická rovnice vyjadřuje zákon zachování energie při tepelné výměně: teplo odevzdané jednou částí soustavy se rovná teplu přijatému ostatními částmi (včetně kalorimetru), pokud soustavu považujeme za tepelně izolovanou. Při tání, tuhnutí, varu nebo kondenzaci se místo c·Δt používá skupenské teplo L·m (měrné skupenské teplo). Historický první zápis Celsiovy stupnice sem nepatří — zůstává na základní škole.

Výstupy G-FYZ-03-007, G-FYZ-03-002 a G-FYZ-03-008 se zde potkávají v úlohách: rozlišit teplo a teplotu, sestavit bilanci s c i s L a ověřit, že rovnice dává smysl jen při jasně zvolených znaménkách a stejném konečném stavu. První a druhá věta termodynamická se probírají v následujících tématech plánu; zde stačí, že teplo mění vnitřní energii a že izolovaná soustava směruje k vyrovnání teplot.

Předpoklady

Klíčové pojmy

Teplota a teplo
Teplota (t v °C, T v kelvinech, T = t + 273,15) je stavová veličina; teplo Q je energie předaná tepelnou výměnou. Jednotka tepla je joule; „stupeň“ není jednotkou tepla.
Měrná tepelná kapacita
c je teplo potřebné ke změně teploty 1 kg látky o 1 K (nebo 1 °C). Vztah Q = mcΔt platí jen při stálém skupenství a přibližně stálém c v daném intervalu.
Tepelná kapacita tělesa
C = mc (nebo C kalorimetru určená kalibrací). Do rovnice vstupuje jako C·Δt, ne jako „teplo kalorimetru bez změny teploty“.
Kalorimetrická rovnice
Pro izolovanou soustavu: součet odevzdaných tepel = součet přijatých tepel, včetně stěn kalorimetru a míchačky. Konečná teplota je společná, pokud nedojde k fázové změně, která teplotu „drží“.
Skupenské a měrné skupenské teplo
Při změně skupenství Q = Lm (nebo L·n podle zavedení). Teplota tání/varu se během přeměny nemění, dokud je přítomna směs fází; c·Δt sem nepatří.
Přenos vnitřní energie
Vedení, proudění a záření popisují způsob, jak se teplo dostává mezi tělesy; v kalorimetru se snažíme proudění a vedení ven potlačit izolací a víkem.
Znaménka a směr toku
Teplo teče samovolně z teplejšího k chladnějšímu. V zápisu buď píšeme |Qodev| = |Qpřij|, nebo jedno Q se záporným znaménkem — nesmí se míchat oba styly v jedné rovnici.

Časté miskoncepce

  • Častá chyba

    Žák napíše Q = mcT nebo dosadí Celsiovu teplotu místo Δt (např. voda z 20 °C na 80 °C jako „80“, ne 60).

    Jak na to

    U tabule vždy nejdřív sloupec t1, t2, Δt; ukázat, že Q závisí na změně, ne na „kolik stupňů ukazuje teploměr“.

  • Častá chyba

    Při míchání horké a studené vody žák sčítá teploty nebo bere průměr bez hmotností (t = (t1+t2)/2 i při různých m).

    Jak na to

    Spočítat tutéž úlohu jednou s rovnými hmotnostmi a jednou s 0,1 kg a 0,9 kg; nechat žáky porovnat, proč průměr selhal.

  • Častá chyba

    U tajícího ledu v kalorimetru žák přidá cledu·Δt „od 0 °C dál“, i když led ještě celý neroztál, nebo zapomene L a počítá jen ohřátí vody.

    Jak na to

    Nakreslit osu: ohřátí ledu → tání při 0 °C (jen L) → ohřátí vzniklé vody; zeptat se, která etapa v zadání vůbec nastala.

  • Častá chyba

    Žák považuje teplo a teplotu za totéž („kalorimetr má 200 J, takže má 200 °C“) nebo zamění c a C.

    Jak na to

    Porovnat stejné Q u 1 kg vody a u 1 kg mědi: stejné teplo, jiná Δt; C zapsat jako mc a jednotky J/K vs J/(kg·K).

Jak učit

2–3 hodiny

  1. Evokace: dvě stejně „horké“ kádinky — málo vody a hodně vody — která ohřeje ruku déle a proč to není totéž co teplota.
  2. Jádro: od Q = mcΔt k zápisu |Qodev| = |Qpřij| včetně C kalorimetru a jedné úlohy se skupenským teplem.
  3. Reflexe: žáci u jedné úlohy sami označí, kde použili Δt a kde L, a řeknou, co by se stalo, kdyby kalorimetr nebyl izolovaný.

Nápady na aktivity

  • Měření c kovu: horké tělísko do kalorimetru s vodou, odhad C kalorimetru, srovnání s tabulkou a rozbor ztrát.
  • PhET Energy Forms and Changes / Energy2D nebo obdobný model: tok „energie“ mezi bloky různé teploty a hmotnosti, pak totéž spočítat kalorimetrickou rovnicí.

Hodnocení

Sestavit kalorimetrickou rovnici pro dvě kapaliny a kalorimetr; spočítat tf a zkontrolovat, že leží mezi t1 a t2.

Úloha s ledem nebo kondenzací páry: oddělit Q = Lm od Q = mcΔt a zdůvodnit, proč teplota během přeměny nestoupá.

Související témata

Zdroje

Co pro vás ScioBot připraví k tématu Teplo a kalorimetrická rovnice

Interaktivní aktivity, které žáci spustí na tabletu či tabuli, tisknutelné kartičky a hry pro celou třídu – každý formát na téma Teplo a kalorimetrická rovnice jedním klikem.

Základní materiály

Interaktivní aktivity 14

K tisku a rozstříhání 8

Hry pro celou třídu 4

Očekávané výstupy

  • G-FYZ-03-002 žák aplikuje s porozuměním termodynamické zákony při řešení konkrétních fyzikálních úloh
  • G-FYZ-03-007 termodynamika – termodynamická teplota; vnitřní energie a její změna, teplo; první a druhý termodynamický zákon; měrná tepelná kapacita; různé způsoby přenosu vnitřní energie v rozličných systémech
  • G-FYZ-03-008 vlastnosti látek – normálové napětí, Hookův zákon; povrchové napětí kapaliny, kapilární jevy; součinitel teplotní roztažnosti pevných látek a kapalin; skupenské a měrné skupenské teplo

Učíte Teplo a kalorimetrická rovnice trochu jinak?

Popište ScioBotu vlastními slovy, co s žáky chcete zvládnout a kolik máte času. Materiál přizpůsobí vašemu ŠVP, třídě i žákům se speciálními vzdělávacími potřebami.

Napsat ScioBotu

Související témata