Učilnica v Borovem gozdičku_dl _Toplota
Delo in energija (OŠ Solkan, 9. razred; fizika in tehnika)
Maj 2022
Ta datoteka je namenjena navodilom učitelju, učitelj pa jo lahko priredi kot delovni list za učence.
Naloga 1: Segrevanje vode s sončno svetlobo
Potrebščine za eno skupino: plitva posodica (lesena, steklena, kovinska) ali nizka menzura z oznakami za prostornino tekočine, termometer, palčka za mešanje, milimetrsko ravnilo.
Potek poskusa: V posodico ali menzuro se nalije vodo kar iz gozdička do nekaj cm višine, se jo dobro premeša in izmeri temperaturo. Temperatura naj se izmeri na več mestih zaradi zanesljivosti in naj se vzame povprečno vrednost meritev. Prostornino vode naj se odčita (če gre za menzuro) ali pa naj se izračuna iz dimenzij posodice. Boljše je, da je posodica iz materiala z majhno toplotno prevodnostjo (raje steklo ali les kot kovina). Stene posodice ne smejo motiti svetlobnega toka sončne svetlobe, zato je primernejša plitva posodica, da sije sonce neposredno na površje vode. Potem lahko učenci delajo druge poskuse. Občasno naj malo premešajo vodo. Po dovolj dolgem času, npr. po pol ure, naj se spet izmeri temperatura vode. Da postane razlika med končno in začetno temperaturo vode dovolj velika, je primerno zajeti vodo iz senčnega mesta in potem posodico postaviti na sončno mesto.
Račun: Izračunati je treba, koliko toplote je voda prejela od Sonca, če zanemarimo toplotne izgube v okolico. Enačba za prejeto toploto je:
(1)
Maso vode se izračuna iz njene gostote in prostornine. Glede na čas segrevanja t s sončno svetlobo, ki naj se ga zabeleži, naj se izračuna toplotno moč P. Zanjo velja podobna enačba kot za moč dela neke sile:
(2)
Treba je paziti na enote, zato je najboljše, da se toplota Q izrazi v enoti J (joule), čas v sekundah, toplotno moč pa v vatih. Nazadnje naj učenci izračunajo še efektivno gostoto svetlobnega toka, to je svetlobno moč na enoto površine:
(3)
Površino se izračuna iz premera okrogle posodice. Fizikalna enota za j je W/m2. Pri računu je treba spet paziti na pretvarjanje enot. To vrednost za j lahko učenci primerjajo za gostoto svetlobnega toka s Sonca ob jasnih dnevih. Gre samo za red velikosti. S skupno diskusijo najdite razloge, zakaj navadno dobimo dosti manjšo vrednost za j, kot je podatek na spletu. Prvi razlog je izguba toplote v okolico, druga najpomembnejši pa, da sončni žarki niso pravokotni na gladino vode. Tretji razlog je delni odboj svetlobe od vodne gladine. V šoli lahko naslednjič povežete poskus s sončnimi kolektorji na strehah, ki naj jih učenci ne zamenjajo s fotovoltaičnimi celicami.