DANE INFORMACYJNE Nazwa szkoły: ZESPÓŁ SZKÓŁ NR 2 IM. PRZYJAŹNI POLSKO - NORWESKIEJ ID grupy: 97/9_MF_G1 Kompetencja: MAT - FIZ Temat projektowy: Badanie zjawisk cieplnych Semestr/rok szkolny: SEMESTR 4 ROK SZKOLNY 2011/2012

Nasza grupa 97/9_MF_G1

Pierwsze spotkanie w czwartym semestrze  Zaczynamy nowy semestr, czeka nas nowe wyzwanie, nowy projekt, po analizie zasobu kompetencji wybraliśmy temat "Badanie zjawisk cieplnych" Na początek hasło termodynamika , poznajemy podstawowe pojęcia dotyczące ciepła , jego wymiany pomiędzy ciałami :) Będziemy się zastanawiać jak to jest z ciepłem i zimnem, czego jest więcej, jak równowagę uzyskać. Na początek stany skupienia , jak pomiędzy nimi przechodzić poprzez zmiany temperatury ewentualnie ciśnienia 

Spotkanie drugie – Skale temperatur  Temperatura – jedna z podstawowych wielkości fizycznych (parametrów stanu ) w termodynamice, będąca miarą stopnia nagrzania ciał. Temperaturę można ściśle zdefiniować tylko dla stanów równowagi termodynamicznej , bowiem z termodynamicznego punktu widzenia jest ona wielkością reprezentującą wspólną własność dwóch układów pozostających w równowadze ze sobą. Temperatura jest związana ze średnią energią kinetyczną ruchu i drgań wszystkich cząsteczek tworzących dany układ i jest miarą tej energii. Temperatura jest miarą stanu cieplnego danego ciała. Jeśli dwa ciała mają tę samą temperaturę, to w bezpośrednim kontakcie nie przekazują sobie ciepła, gdy zaś temperatura obu ciał jest różna, to następuje przekazywanie ciepła z ciała o wyższej temperaturze do ciała o niższej – aż do wyrównania się temperatury obu ciał.

Spotkanie trzecie  - zmiany stanu skupienia ! Dziś omawiamy zmiany stanu skupienia materii, ogrzewamy lód do temperatury topnienia, topimy go zerze, sprawdzając, czy naprawdę temperatura będzie cały czas zero stopni Celsjusza.

Spotkanie czwarte – przemiany energii Energia to jedno z ważniejszych pojęć współczesnego świata. Dziś porównujemy energię potencjalną i kinetyczną z ciepłem. Kupiliśmy rurę z pcv, w której śrut , może spadać z różnej wysokości, mierzymy jego temperaturę. Obliczamy jaką prędkość musi mieć pocisk, aby się stopić w czasie zderzenia z przeszkodą i jak twarda musi to być przeszkoda :) Analizowaliśmy jakie przemiany energii możemy zaobserowoać w życiu codziennym np. Energia elektryczna – cieplna Energia mechaniczna w cieplną Energia cieplna w mechaniczną oraz wiele innych

Spotkanie piąte – bilans cieplny Bilans cieplny to porównanie dwóch rodzajów ciepła, zawsze już tak jest, że jedno ciało traci je , drugie zyskuje, są też przy tym straty, kiedy układ nie jest izolowany cieplnie. Wanna to dobre miejsce gdzie zimna i gorąca woda walczą ze sobą :) Zapoznajemy się z budową kalorymetru. To pierwowzór termosu, od dziś wiemy też co to dewar, może kiedyś zdobędziemy ciekły azot , będzie wtedy zimno i gorąco zarazem od wrażeń :)

Spotkanie szóste – wyznaczanie ciepła topnienia lodu Lód się topi to wiadomo, ale ma charakterystyczny parametr, który nazywamy ciepłem topnienia. Dziś wyznaczamy ten parametr, korzystając z kalorymetru, wagi , termometru, dziś lód nie jest do pepsi tylko doświadczenia :) Płaszcz kalorymetru chroni przed wymianą ciepła ( przez przewodzenie lub promieniowanie) między kalorymetrem a otaczającymi go przedmiotami. Termometr używany do pomiarów kalrymetrycznych powinien mieć działkę elementarną 0,1C. Ciepło dostarczone cieczy, znajdującej się w kalorymetrze, powinno być równomiernie rozprowadzone w całej jej masie, rozprowadzamy je mieszadłem. Ilość ciepła doprowadzoną do danej substancji ocenia się według zmiany temperatury, a oblicza według następującego wzoru Q = mc(t2 – t1)

Spotkanie siódme – temperatura wrzenia a ciśnienie  Gotujemy wodę w czajniku bezprzewodowym, jej temperatura to 100 C , to wie każde dziecko, ale dziś robimy eksperyment z pompą próżniową, obniżamy ciśnienie, okazuje się, że woda wrze w temperaturze 50 stopni Celcjusza. Więc wysoko w Himalajach , woda z lodu, wrze wcześniej. Ciekawe jak smakuje herbata, analizujemy przydatność w kuchni szybkowaru. W warsztacie samochodowym oglądamy układ chłodzący w samochodzie, wiemy już, że musi być szczelny , wtedy później się płyn chłodzący zagotuje, może to być nawet 130 st. C . A układy w elektrowniach, gdzie ciśnienie i temperatury mierzy się w setkach jednostek, np. w elektrowni atomowej temperatura wody ma 330 stopni , ale ciśnienie wynosi ponad 15MPa. 

Spotkanie ósme - zasady termodynamiki  Dziś zasady termodynamiki , pierwsza i druga, ciepło i praca okazuje się, że są bardzo mocno powiązane. Jedno ulega przemianie w drugie. Zapoznajemy się też z cyklem Carnota. No i ciekawy temat, silniki cieplne, dwusuwowe, czterosuwowe, Wankla, diesel i benzyna, wiele wariantów. Każdy z nas ma inne zdanie, który lepszy , jedno jest pewne, temat jest bardzo ważny i ciekawy, jeszcze do niego wrócimy.

Spotkanie dziewiąte – źródła ciepła Temat tym bardziej gorący im bardziej mroźna jest zima, albo im więcej musimy palić za tzw. paliwa kopalne. Omawiamy różne źródła ciepła jakie mamy w domach , ich efektywność, koszty , ekologiczność. Nasz nauczyciel przedstawił nam budowę pieca kaflowego, bo był kiedyś zdunem. Dyskusja bardzo była gorąca, oglądaliśmy w sieci oferty wielu firm produkujących kotły cieplne. Najlepiej byłoby korzystać energii Słońca, ale póki co raczkują kolektory słoneczne , a dalej historia jest otwarta 

Spotkanie dziesiąte – domowa wentylacja  Dziś analizujemy temat wentylacji w domu, szkole, biurowcach. Temat ważny, zdrowy dla naszych organizmów. Okazuje się w większości budynków jest tylko wentylacja grawitacyjna, mechaniczna się rozwija, propozycje instalacyjne są bardzo mocno rozbudowane, ale i kosztowne, ale nieodzowne w wielkich biurowcach ,marketach, halach sportowych. Podstawowym zadaniem wentylacji jest wymiana powietrza w budynku. Sprawnie działająca wentylacja pozwala skutecznie usuwać dwutlenek węgla, parę wodną, alergeny oraz zapachy unoszące się w powietrzu wewnątrz pomieszczeń. Skuteczność wentylacji zależy od właściwego doprowadzenia świeżego powietrza z zewnątrz do budynku, zapewnienia odpowiedniego przepływu pomiędzy pomieszczeniami i sprawnego usunięcia zanieczyszczonego powietrza. Wentylacja może działać w sposób naturalny. Jest to tak zwana wentylacja grawitacyjna i jest ona uzależniona od działania sił natury (głównie od różnicy temperatury zewnętrznej i wewnętrznej). Wentylacja może działać również w sposób mechaniczny. Wymiana powietrzna jest wtedy niezależna od czynników naturalnych. Wymuszony przepływ powietrza uzyskujemy wówczas przez zastosowanie wentylatora. Zaletą tego typu wentylacji jest to, że możemy dostosować wydajność do faktycznych potrzeb mieszkańców, dzięki czemu jesteśmy w stanie stworzyć komfortowe warunki w pomieszczeniach. Regulacja tego rodzaju systemu może się odbywać automatycznie (bez obsługi operatorskiej). Montując odpowiednie urządzenia tzw. Rekuperatory można odzyskiwać ciepło z usuwanego powietrza. Istnieje możliwość zastosowania filtrów, które zatrzymują zanieczyszczenia dostające się z zewnątrz do pomieszczeń.

Spotkanie jedenaste - lodówka Temat jakże ważne w gorące lato, jak działa lodówka, dlaczego wewnątrz chłodzi , a na zewnątrz grzeje. Na przykładzie naszej szkolnej lodówki omówiliśmy jej elementy, zasadę ich działania. Oczywiście trzeba patrzeć na ich historię powstania, przyszłość. Wyskoczył też problem freonu, jego szkodliwości dla środowiska. Tradycyjna lodówka składa się z określonej liczby elementów. Sprężarka - to najważniejszy element każdej lodówki. Sprężarka ma za zadanie przepompowanie czynnika chłodniczego przez układ chłodzący lodówki. Zanim czynnik chłodniczy dostaje się do sprężarki, najpierw występuje on w formie gazu pod niskim ciśnieniem. W momencie przedostanie się do sprężarki, gaz ten zostaje gwałtownie sprężony, co powoduje jego ogrzanie. Następnie gaz przedostaje się do skraplacza, w strefę wysokiego ciśnienia. Skraplacz - tutaj rozgrzany do wysokiej temperatury sprężony gaz oddaje swoje ciepło otoczeniu, po czym przechodzi do postaci schłodzonej cieczy pod wysokim ciśnieniem. Zawór rozprężny - na tym etapie chłodzenia lodówkowego, ciecz która uległa przechłodzeniu przedostaje się do zaworu rozprężnego w strefę niskiego ciśnienia. Na tym etapie zawór rozprężny stawiając chłodziwu opór powoduje zmniejszenie stopnia jego ciśnienia, a procesowi rozprężania towarzyszy gwałtowne ochłodzenie cieczy. Efektem jest wytworzenie się w lodówce rozprężonego ciekłego czynnika chłodniczego o bardzo niskiej temperaturze. Parownik - miejsce, w którym rozprężony czynnik chłodzący pochłania (poprzez parowanie) ciepło z otoczenia lodówki, tym samym przechodząc ponownie w rozprężony gaz. Powstały gaz przedostaje się z powrotem do sprężarki, a cały proces rozpoczyna się na nowo.

Spotkanie dwunaste – wilgotność powietrza Temat jakże ważny - wilgotność, każdy słyszał to pojęcie, ale co ono dokładnie oznacza to już kiepsko. Omawiamy wilgotność względną i bezwzględną. Mierzymy ją w klasie i na korytarzu, za pomocą higrometru. Poznaliśmy też inne rodzaje higrometrów, w tym i elektroniczne :) Mianem wilgotności powietrza określa się zawartość pary wodnej w powietrzu. Para wodna w powietrzu pochodzi z parowania zachodzącego ze swobodnych powierzchni wodnych i powierzchni lądowych (gruntu, roślinności...). Ze względu na skomplikowany charakter zależności wilgotności powietrza od temperatury powietrza, stosuje się szereg różnych miar, charakteryzujących wilgotność.     Prężnością pary wodnej określa się ciśnienie parcjalne (cząstkowe), wywierane przez parę wodną w powietrzu. Jednostką pomiaru jest hPa (jednostka ciśnienia). Można to wyobrazić sobie jako różnicę ciśnienia w zamkniętej objętości powietrza i bez zmiany jego temperatury przed (p) i po całkowitym usunięciu z tej objętości znajdującej się pary wodnej (p').     Nie można zmieszać dowolnej ilości pary wodnej z dowolną ilością powietrza (tak, jak to można zrobić na przykład ze spirytusem etylowym i wodą, czy azotem i tlenem). Ilość pary wodnej, która znaleźć się może w powietrzu (rozpuścić w powietrzu) zależy od jego temperatury. Im wyższa temperatura, tym więcej pary wodnej może "rozpuścić się" w powietrzu. Maksymalną ilość pary wodnej, jaką jest w stanie zawierać powietrze w danej temperaturze określa się mianem prężności maksymalnej lub prężnością pary nasyconej, niekiedy prężnością nasycenia

Spotkanie trzynaste – zabawki termodynamiczne Dziś bawimy się zabawkami fizycznymi , które powinny uczyć, to oczywiste, ale i przy okazji bawić  Mamy do dyspozycji : - termometr miłości - termometr Galileusza - kaczkę pijaczkę omawiamy ich budowę, zachodzące w nich zjawiska , powodujące takie a nie inne ich działanie, czy zastosowanie

Kaczka pijaczka 

Termometr miłości  Termometr cieczowy 

Termometr laserowy

Spotkanie czternaste - ciepło właściwe wody Dziś gorący eksperyment , mamy do dyspozycji czajnik, stoper, wagę elektroniczną, czujniki temperatury, specjalny zestaw Sonda. Dokonujemy pomiarów, wyznaczamy ciepło właściwe wody . A przy okazji można zaparzyć herbatkę, dla wszystkich, to ważny element w pracy zespołowej.

Spotkanie piętnaste – promieniowanie cieplne Kolejne doświadczenie z zestawem Sonda , mierzymy jak zależy promieniowanie cieplne od wielkości powierzchni. Doświadczenie dla cierpliwych. Okazuje się, że samotne ciało szybciej traci swe ciepło, jakby się nad tym zastanowić, to coś w tym jest, człowiek jak jest sam, chyba w życiu mu smutno i ciepło szybciej z niego ucieka :)

Spotkanie szesnaste – przewodnictwo cieplne ciał stałych Dziś badamy przewodnictwo cieplne ciał stałych. Raczej wszyscy spodziewają się jakie będą wyniki, aluminium dobrze przewodzi ciepło, drewno zupełnie inaczej. Badamy też jak to jest ze styropianem, nasza szkoła właśnie jest ocieplana więc temat jest bardzo aktualny.

Omawialiśmy też silniki cieplne  Silnik czterosuwowy Silnik Wankla

Nasza maszyna – było trochę pracy 