- Простая демонстрация конвекции нагретой воды

kalser.ru Опыты по физике Простая демонстрация конвекции нагретой воды
27.10.2012 14:05

Простая демонстрация конвекции нагретой воды

Рассмотрим несложную постановку с демонстрацией физического явления конвекции [1]. В нашем случае конвектировать будет нагретая и подкрашенная вода из нижнего сосуда в верхний. В верхнем сосуде мы расположим менее нагретую и неподкрашенную воду.

Инвентарь для опыта подобрать довольно легко. В нашем случае нижний сосуд представляла собой стеклянная банка. Температура нагретой воды в нашем опыте составила почти 90 градусов и стеклянный сосуд пришелся как нельзя кстати.

В качестве верхнего соcуда выступала обычная пластиковая бутыль. Известно, что пластик выдерживает температуру не более 65 градусов без потери формы, и поэтому мы заполнили его холодной водой, с температурой примерно 10оС.

convection

Чтобы конвекция не стартовала раньше времени, горлышко бутыли плотно накрываем куском полиэтилена, и переворачивая, ставим бутыль в банку с кипятком. Аккуратно стягиваем полиэтиленовую преграду - конвекция началась!

В обоих сосудах должна установиться одинаковая температура (и, вероятно, окраска тоже). Эту температуру, обозначим ее за T_0, несложно вычислить, если принять следующие начальные данные:

\! m_1 = 0.2 kg  \! ; m_2 = 0.5 kg \!; T_1 = 90^o C = 363 K \! ; T_2 = 10^o C = 274 K, далее, количество теплоты, переданное холодному сосуду от горячегоQ= cm_1 (T_0 - T_1) есть то же самое, что и досталось холодному: Q= c m_2 (T_2 - T_0). Приравнивая, получаем следующее соотношение:

 m_1 (T_0 - T_1) = m_2 (T_2 - T_0) или   m_1 T_0 - m_1 T_1 = m_2 T_2 - m_2 T_0 => T_0 = \frac{m_1 T_1 + m_2 T_2 }{m_1+m_2}

А теперь самое интересное, посчитаем согласно полученной рабочей формуле, что же у нас получилось:

T_0 = \frac{0.2 \cdot 363 + 0.5 \cdot 274}{0.7} = 299.5 K \approx 27^o C

Получилась вода почти комнатной температуры, прохладная на ощупь, но все же уже не такая холодная.

Комментарии  

 
+8 # Guest 27.10.2012 16:06
Насчет окраски, ее равномерность в обоих сосудах обеспечит явление диффузии
Ответить | Ответить с цитатой | Цитировать
 

(новое окно)

Как ввести формулу
Работает только для формы "Добавить комментарий" к материалу:
будет [img]http://latex.codecogs.com/gif.latex?t^2[/img]

YouTube-канал НИЯУ МИФИ >> YouTube-канал kalser.ru >>

Marvin and Milo Marvin and Milo
physics.org/marvinandmilo >>