Лабораторная работа «Смешивание горячей и холодной воды» (физика, 8 класс). Цель: определить температуру смеси воды и проверить, как происходит теплообмен при смешивании. Оборудование: два стакана, термометр, мерный цилиндр или мерный стакан, вода. Техника безопасности: работать только со взрослым; не использовать кипяток; переносить стаканы осторожно, не допускать ударов термометра о дно. 1. Предположи: какой будет температура смеси — выше, ниже или между температурами исходной воды? Почему? 2. Измерь объёмы воды и температуру каждой порции до смешивания. Смешай воду в одном стакане, осторожно перемешай и измерь температуру смеси. Таблица: объём холодной воды, мл (Vх); температура холодной воды, °C (tх); объём тёплой воды, мл (Vт); температура тёплой воды, °C (tт); температура смеси, °C (tсм). 3. Объясни: 1) в какую сторону передавалась энергия — от тёплой воды к холодной или наоборот? 2) заполни пропуски: тёплая вода при смешивании ______ энергию, а холодная вода ______ энергию; 3) сравни измеренную температуру смеси с температурой исходной воды: что ты заметил(а)? 4. Проверь результат: рассчитай температуру смеси по формуле tсм ≈ (Vх·tх + Vт·tт)/(Vх + Vт), подставь свои измерения и запиши результат. Насколько расчётное значение отличается от измеренного? Назови одну возможную причину расхождения. Вывод.

Для выполнения измерительной части нужны показания опытов, которых на изображении нет. Ниже приведён условный пример: замените его значения собственными измерениями.

1. Предположение. Температура смеси будет между температурами холодной и тёплой воды: при смешивании тёплая вода охлаждается, а холодная нагревается.

2. Условный пример измерений. Возьмём 100 мл холодной воды при 20 °C и 100 мл тёплой воды при 60 °C. Предположим, что после смешивания термометр показал 39 °C.

3. Объяснение.

1. Энергия передавалась от тёплой воды к холодной, поскольку тепло самопроизвольно передаётся от тела с более высокой температурой к телу с более низкой.
2. Тёплая вода при смешивании отдаёт энергию, а холодная вода получает энергию.
3. В условном примере температура смеси 39 °C выше 20 °C и ниже 60 °C, то есть находится между исходными температурами.

4. Проверка расчётом. Подставим условные значения в формулу:

\(t_{см} \approx \frac{V_{х} \cdot t_{х} + V_{т} \cdot t_{т}}{V_{х} + V_{т}}\)

\(t_{см} \approx \frac{100 \cdot 20 + 100 \cdot 60}{100 + 100} = \frac{8000}{200} = 40\ ^\circ\mathrm{C}\).

Расчётная температура — 40 °C, условная измеренная — 39 °C. Разница составляет 1 °C. Возможная причина расхождения — теплообмен с окружающей средой или стаканом.

Вывод. При смешивании тёплой и холодной воды энергия передаётся от тёплой воды к холодной. Температура смеси оказывается между исходными температурами; небольшое отличие расчётного и измеренного значений возможно из-за теплообмена с окружающей средой и погрешности измерений.