Σύνθετο Εργαστηριακό Περιβάλλον (Σ.Ε.Π.)

ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΘΕΡΜΟΤΗΤΑΣ

Ως παράδειγμα εργαστηριακού χώρου είναι η δραστηριότητα lab_05 που αφορά τη μέτρηση καθαρότητας ουσιών μέσω βρασμού.

Ο πάγκος εργασίας έχει αυτή τη μορφή ο οποίος και είναι κοινός για όλα τα πειράματα θερμότητας. Τα αντικείμενα μπορούν να μετακινηθούν με κλικ και σύρσιμο, η θερμοκρασία – ζεστού κρύου νερού μπορεί να μεταβληθεί από την αρχική κάνοντας κλικ στο κάτω μέρος της βρύσης και το ψυγείο μπορεί να πάρει τη θερμοκρασία που επιθυμείτε κάνοντας κλικ στο κουμπί ανόδου ή καθόδου της θερμοκρασίας. Το χρονόμετρο μετρά πραγματικό χρόνο αλλά αν το επιθυμείτε μπορείτε να ρυθμίσετε το χρόνο να είναι πολλαπλάσιο του πραγματικού χρόνου που είναι και ένα μεγάλο πλεονέκτημα για τα πειράματα θερμότητας. Επίσης μπορείτε να ρυθμίσετε τη θερμοκρασία εργαστηρίου όπως εσείς το επιθυμείτε. Για την αλλαγή χρόνου μέτρησης επιλέγετε από το μενού εκτέλεση τον χρόνο και ρυθμίζετε το πολλαπλάσιο του πραγματικού χρόνου μέτρησης. Για την αλλαγή της θερμοκρασίας περιβάλλοντος κάνετε κλικ στο πλαίσιο που εμφανίζεται η θερμοκρασία περιβάλλοντος και ορίστε τη θερμοκρασία που επιθυμείτε.

Στη γραμμή εργαλείων οι αλλαγές που υπάρχουν είναι τα μενού εκτέλεση και εισαγωγή στη θέση των μενού τετράδιο μαθητή, επεξεργασία και μορφοποίηση.
Το μενού εισαγωγή επιτρέπει να έχετε διάφορα όργανα και ουσίες στο πάγκο εργασίας.

	Θερμόμετρο
	Δοχεία 100, 250, 600ml και θερμό 600 ml
	Λυχνία Bunsen
	Μπουκάλια με νερό, γάλα και λάδι
	Αλάτι και σόδα
	Σίδηρος, χρυσός και μόλυβδος
	Τσάι και αναψυκτικό

Κάνοντας κλικ αναδύεται το παράθυρο που φαίνεται στον πίνακα και με επιλογή στην αντίστοιχη σειρά μπορείτε να επιλέξτε τα αντικείμενα που χρειάζεστε για το σχεδιασμό πειραμάτων. Από το μενού εκτέλεση όταν επιλέξτε εκτέλεση πειράματος τότε ο χρόνος τρέχει και αρχίζει η αποκατάσταση της θερμικής ισορροπίας μεταξύ ουσιών και περιβάλλοντος ενώ εξελίσσεται το πείραμα, εκτός αν έχετε επιλέξει το σώμα να μην ακτινοβολεί.
Η επιλογή διακοπή επιτρέπει τη προσωρινή διακοπή του πειράματος οπότε για τη συνέχιση του απαιτείται εκ νέου η εντολή εκτέλεση πειράματος ενώ η επιλογή επαναφορά διακόπτει οριστικά το πείραμα και τα αντικείμενα επανέρχονται στη κατάσταση πριν από την έναρξη του πειράματος.

Κατά τη μέτρηση του χρόνου υπάρχουν δύο τιμές. Ο πραγματικός χρόνος που μετράει εκείνη τη στιγμή ο Η/Τ και ο χρόνος που αρχίζει να εκτελείται το πείραμα με σημείο έναρξης το μηδέν. Μπορείτε να έχετε το χρόνο σε δευτερόλεπτα ή σε ώρες, λεπτά και δευτερόλεπτα. Κάνοντας κλικ στον ψηφιακό μετρητή που βρίσκεται κάτω από τη τρέχουσα ώρα, μεταβαίνετε από τη μία κατάσταση στην άλλη.

Στο επάνω μέρος του εργαστηρίου υπάρχει η παρακάτω γραμμή εργαλείων

Τα εικονίδια αυτά σας επιτρέπουν ακριβώς τους ίδιους χωρισμούς εκτός από το τελευταίο δεξιά που σας δίνει τη δυνατότητα να ακούγεται ήχος σε διάφορα φαινόμενα π.χ. στο βρασμό.

Γραφικές παραστάσεις

Κατά την εκτέλεση των πειραμάτων μπορείτε να έχετε συγχρόνως δύο γραφικές παραστάσεις των φαινομένων που εξελίσσονται κατά το πείραμα. Στο δεξιό μέρος της οθόνης και δίπλα στη πόρτα εξόδου υπάρχουν οι συμβολισμοί που βλέπετε στο άνω αριστερό μέρος της διπλανής εικόνας. Τα δύο πρώτα εικονίδια αντιστοιχούν στην εμφάνιση γραφήματος, το πρώτο σε μικρό μέγεθος ενώ το δεύτερο σε μεγάλο, η παύλα επιτρέπει την αναδίπλωση του γραφήματος ενώ το εικονίδιο δισκέτας την αποθήκευση των δεδομένων του γραφήματος, τα οποία μπορείτε να τα εισάγετε στο Word ή Excel (αποθήκευση αρχείου με επέκταση .dat). Αν ζητήσετε την εμφάνιση του γραφήματος κατά την εκτέλεση ενός πειράματος θα δείτε τη δημιουργία της γραφικής παράστασης σε πραγματικό χρόνο αντίστοιχα με τη χρονική εξέλιξη του πειράματος. Στο εργαστήριο θερμότητας πάντοτε ο άξονας Χ μετρά το χρόνο ενώ ο άξονας Ψ μπορεί να μετρήσει την θερμοκρασία ή τη ποσότητα θερμότητας.

Χρήση οργάνων

Η μετακίνηση αντικειμένων στο πάγκο εργασίας γίνεται με επιλογή και σύρσιμο. Αν για κάποιο αντικείμενο η θέση που σκεφθήκατε είναι απαγορευτική τότε ο δείκτης σας παίρνει ένα απαγορευτικό σήμα. Με δεξί κλικ έχετε τη δυνατότητα ή να διαγράψετε ένα αντικείμενο ή να δείτε τις ιδιότητες του και αν επιθυμείτε να ορίσετε αυτές που θέλετε συμπληρώνοντας το πλαίσιο διαλόγου. Η ιδιότητα κλείδωμα που υπάρχει σε όλα τα αντικείμενα αφορά το κλείδωμα της θέσης του αντικειμένου σε περιβάλλον μαθητή ώστε να μη μπορεί να μετακινήσει, διαγράψει ή να αλλάξει τις ιδιότητες κάποιου αντικειμένου.

1. Θερμόμετρο

Τα θερμόμετρα έχουν αρχική θερμοκρασία τη θερμοκρασία περιβάλλοντος και από τις ιδιότητες μπορούμε να ρυθμίσουμε τη μέγιστη θερμοκρασία μέτρησης. Είναι δυνατό να υπάρχουν μέχρι 10 θερμόμετρα στο χώρο εργασίας που διακρίνονται μεταξύ τους από το διαφορετικό χρώμα που έχει η στήλη μέτρησης. Για να τοποθετήσουμε ένα θερμόμετρο πλησιάζουμε το δοχείο που περιέχει κάποιο υγρό η στερεό κύβο από τη κάτω επιφάνεια και το αφήνουμε. Τότε το θερμόμετρο τοποθετείται στη πάνω επιφάνεια του αντικειμένου.

Τοποθέτηση θερμομέτρων

2. Θερμαντική πηγή (λύχνος Bunsen)

Είναι δυνατό να χρησιμοποιηθούν δύο θερμαντικές πηγές. Έχετε δύο κλίμακες για χρήση ανάλογα αν κάνετε κλικ στο κίτρινο ή στο κόκκινο κουμπί. Πληροφορίες για τη θερμαντική ικανότητα της πηγής μπορείτε να έχετε κάνοντας δεξί κλικ πάνω στη φλόγα οπότε ανοίγει το πλαίσιο ιδιοτήτων. Τοποθετήστε το αντικείμενο στο πάγκο πάνω από τη φλόγα για τη θέρμανση του ενώ για διακοπή κάνετε κλικ στο κουμπί OFF.

3. Δοχεία

Τα δοχεία τα οποία εισάγονται αρχικά είναι θερμοαγώγιμα, όχι ιδανικά, γυάλινα και άδεια. Αφού εισαχθούν τότε με δεξί κλικ έχετε ένα πλαίσιο διαλόγου για τη ρύθμιση ιδιοτήτων. Τα δοχεία μπορούν να τοποθετηθούν κάτω στα ντουλάπια (με εξαίρεση των 600 ml) αρκεί να μην έχετε τοποθετήσει θερμόμετρο σ΄ αυτά. Επίσης αν δεν υπάρχει θερμόμετρο όλα μπορούν να τοποθετηθούν μέσα στο θερμοθάλαμο.
Το άσπρο και μαύρο δοχείο (υποθετικά δοχεία) έχουν τις ιδιότητες του αλουμινίου και διαφέρουν στο ρυθμό αποβολής θερμότητας. Τα μη γυάλινα δοχεία, έχουν τη πίσω επιφάνεια αδιαφανή και με διαφορετικό χρώμα για να ξεχωρίζουν, ενώ η μπροστινή επιφάνεια είναι διαφανής για να διακρίνεται η εξέλιξη των φαινομένων. Ένα ιδανικό δοχείο δεν εμφανίζει θερμοχωρητικότητα. Το θερμός είναι από γυαλί.

Ένα μικρότερο δοχείο μπορεί να εισαχθεί σε ένα μεγαλύτερο το οποίο περιέχει κάποιο υγρό μόνο στη περίπτωση που το μεγαλύτερο δοχείο δεν θα υπερχειλίσει. Για να το πετύχετε αρκεί να επιλέξτε το μικρότερο δοχείο και σέρνοντας να το τοποθετήσετε κατά το ήμισυ από τη κάτω επιφάνεια του μεγαλύτερου δοχείου. Αν όμως ένα δοχείο περιέχει κάποιο στερεό ή άλλο δοχείο τότε δεν μπορείτε να εισάγετε άλλο δοχείο. Μπορείτε όμως σταδιακά να εισάγετε τρία διαφορετικά δοχεία διαφορετικού μεγέθους αρχίζοντας από το μικρότερο προς το μεγαλύτερο.

Για να βάλετε νερό από τη βρύση κάνετε κλικ στο πόμολο της βρύσης (μπλε ή κόκκινο ανάλογα) οπότε ο δείκτης μετατρέπεται σε βρυσάκι. Τοποθετείτε το βρυσάκι στο εσωτερικό του δοχείου και με διαδοχικά κλικ ρίχνετε νερό. Για να απενεργοποιηθεί ο δείκτης κάνετε κλικ σε κάποιο κενό χώρο. Με το ίδιο τρόπο μπορείτε να προσθέσετε υγρό από κάποιο μπουκάλι σε δοχείο. Δεν προστίθεται τσάι ή αναψυκτικό σε δοχείο. Αν θέλετε να αδειάσετε το δοχείο τότε θα πρέπει να το σύρετε μέσα στη λεκάνη. Μόλις τοποθετηθεί σωστά θα αρχίσει να αδειάζει. Η παροχή εξαρτάται από το μέγεθος του δοχείου.

Στα δοχεία των 100 ml προστίθεται ποσότητα 10g (10 ml για νερό) ανά κλικ
Στα δοχεία των 250 ml προστίθεται ποσότητα 25g (25 ml για νερό) ανά κλικ
Στα δοχεία των 650 ml προστίθεται ποσότητα 50g (50 ml για νερό) ανά κλικ

4. Θερμοθάλαμος (-20 έως 90)

Ο θερμοθάλαμος για να ανοίξει ή να κλείσει θα πρέπει να κάνετε κλικ πάνω στη πόρτα. Αφού ανοίξετε το θερμοθάλαμο με κλικ και σύρσιμο τοποθετείτε το αντικείμενο στο εσωτερικό του. Κλείνετε κατόπιν το θερμοθάλαμο για να αποκτήσει το υλικό την αντίστοιχη θερμοκρασία. Αν ανοίξετε το θερμοθάλαμο και πάρετε το αντικείμενο με επιλογή και σύρσιμο τότε αυτό έχει τη θερμοκρασία που έχετε επιλέξει. Με τα βελάκια η θερμοκρασία μεταβάλλεται κατά 1^ο C και το εύρος θερμοκρασιών είναι από -20^ο C μέχρι 90^ο C. Εκτός από τα βελάκια αλλαγή μπορείτε να κάνετε με κλικ πάνω στο πλαίσιο με την ένδειξη της θερμοκρασίας οπότε ανοίγει το πλαίσιο διαλόγου στο οποίο και γράφετε στο αντίστοιχο κελί τη θερμοκρασία που επιθυμείτε.

5. Ιδιότητες ουσιών

Οι ουσίες που μπορούν να χρησιμοποιηθούν είναι:
α) Υγρά: Νερό, γάλα και λάδι..
β) Ευδιάλυτες ουσίες: Αλάτι και σόδα.
γ) Στερεά: Σίδηρος, μόλυβδος και χρυσός.
δ) Υγρά με περιορισμένες ιδιότητες: τσάι και αναψυκτικό.

Τα υγρά που υπάρχουν σε δοχεία δεν αναμιγνύονται. Το τσάι και το αναψυκτικό βρίσκονται αντίστοιχα σε φλιτζάνι και ποτήρι αλλά δεν μπορούν να τοποθετηθούν μέσα σε δοχείο. Το νερό το παίρνετε από το τη βρύση ή από μπουκάλι . Σε μπουκάλι επίσης βρίσκονται το γάλα και το λάδι. Με δεξί κλικ πάνω στις ουσίες έχετε το παράθυρο με τις κύριες ιδιότητες των ουσιών.

Για τη μεταφορά σε δοχείο υλικού από μπουκάλι, σόδας ή αλατιού έχετε τη δυνατότητα να το πετύχετε είτε από το πλαίσιο διαλόγου των δοχείων αλλά επίσης κάνοντας κλικ στο μπουκάλι. Ο δείκτης μετατρέπεται τότε σε ειδικό εργαλείο για τη μεταφορά του υλικού. Για τη μεταφορά υγρού από μπουκάλι ισχύει ο ίδιος κανόνας για το νερό δηλ η παροχή σχετίζεται με το μέγεθος του δοχείου. Για τη μεταφορά σόδας ή αλατιού μεταφέρονται 5g ανά κλικ.

Στην επόμενη σελίδα το ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΘΕΡΜΟΔΥΝΑΜΙΚΗΣ