水温如何随时间变化
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水温如何随时间变化 发布于:2022/09/25
    一、探究背景
  有一天,我玩耍后回家,口很渴,妈妈给我倒了一杯刚烧开的水,水太烫了,没法喝。过了六七分钟,我觉得水应该冷至可以喝了,可跑过去一看,水还是热气腾腾的,试着喝一口,舌头还被烫到了。
  用电热水壶烧水,六七分钟就可以将冷水烧开,让一小杯烧开的水自然冷却,六七分钟后还这么烫?我问爸爸,他回答得比较抽象,说是“冷水加热”与“热水自然冷却”时温度与时间的变化关系不一样造成的。那“冷水加热”与“热水自然冷却”时温度与时间的变化关系到底是怎样的呢?他也答不上来。我决定以此为题进行探究。
  二、实验准备
  (一)准备实验材料
  爸爸建议我通过实验来探究,于是我购买了数字显示液体温度计、气温计和小烧杯,准备利用它们和电热水壶、手机夹、台灯等在家里做实验。
  (二)查找资料
  通过查找资料,我得知:物体的温度与内能有关,同一物体内能越多,温度越高;相互接触的物体进行热量传递需要有温度差,温度差越大,传热越快,温度差越小,传热越慢;液体沸腾时的温度叫沸点,沸点与大气压强(简称气压)有关,气压越大,沸点越高,气压越小,沸点越低。
  三、升温实验
  (一)实验过程
  1.准备工作
  往电热水壶中倒入1000 ml冷水,冷水温度为12.7 ℃,气温计显示当时的室温为16 ℃,将数字显示液体温度计的测温头放入电热水壶中被水完全浸没,同时用手机夹夹住数字显示液体温度计手柄,起稳定作用,减小实验误差。
  2.给冷水加热,记录数据
  按下电热水壶加热开关对冷水进行加热,同时用手机计时,每隔半分钟读一次水温,并记录数据。
  3. 绘制温度-时间曲线图
  根据实验数据,我绘制了温度-时间曲线图,见图2。
  (二)实验结论
  水温在升至99 ℃之前基本随时间匀速升高,而当达到99.4 ℃时水温就不再升高。
  原因分析:电热水壶的功率是固定的,相同时间内水壶传给水的热量相等,而相同时间内水蒸发所带走的热量虽然随温度升高会有所增加,但不明显,所以相同的时间内水温升高的速度相当,我们看到水温在升至99 ℃前温度-时间曲线接近直线。而水温升至99.4 ℃后不再升高,是因为这时水已沸腾,水吸收的热量等于水散失的热量。
  四、降温实验
  (一)实验过程
  1.准备工作
  往250 ml烧杯中倒入130 ml刚烧开的水,注意开水不宜过多,水越多,冷却得越慢,实验时间就越长。气温计显示当时的室温为16 ℃,而刚烧开的热水倒入烧杯后,温度很快就降至92 ℃,因为开水的温度与室温相差大,水散热快。
  将数字显示液体温度计的测温头放入烧杯中被水完全浸没,同时用手机夹夹住数字显示液体温度计手柄,起稳定作用。
  2.让热水自然冷却,记录数据
  用手机计时,每隔1分钟读一次水温,并记录数据。
  3. 绘制温度-时间曲线图
  根据实验数据,我绘制了温度-时间曲线图,见图4。
  (二)实验结论
  热水自然冷却时,温度会逐渐降低,先降得快,后降得慢,最后接近室温。
  通过查找资料,我了解了这种现象产生的原因。原来,热水自然冷却时,热水与室温存在温度差,热水要向外散热,所以温度会降低。一开始热水的温度与室温相差比较大,散热快,所以降温快。之后热水的温度与室温相差越来越小,散热越来越慢,所以降温越来越慢。
  五、结语
  我将书本知识用于实践,探究“冷水加热”和“热水自然冷却”时水温随时间变化的过程,明白了一壶水烧开花费的时间短、一杯热水自然冷却到室温所需的时间长的原因是自然冷却时温度變化比较慢,更深层次的原因是同等条件下热水自然冷却时热量传递的效率比较低。
  解决实际问题,实现知识迁移,通过这次科学实践,我成长了不少。
作者:谭艺珂  来源:发明与创新·小学生
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