ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΗ ΑΣΚΗΣΗ 9

Transcript

1 ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΗ ΑΣΚΗΣΗ 9 Βαθµονόµηση Θερµοµέτρου ΟΙ ΕΡΩΤΗΣΕΙΣ 1. Αν σας δινόταν ένα θερµόµετρο χωρίς κλίµακα (αβαθµονόµητο), θα µπορούσατε να περιγράψετε µια διαδικασία, ώστε χρησιµοποιώντας το να πάρετε µετρήσεις ικανοποιητικής ακριβείας; 2. Για την βαθµονόµηση ενός θερµοµέτρου µε την κλίµακα Κελσίου, ποιες θερµοκρασίες του νερού θα διαλέγατε, προκειµένου να σας δώσουν δύο γνωστές τιµές; (Οι υποθέσεις - προβλέψεις σηµειώνονται στο φύλλο αναφοράς της εργαστηριακής άσκησης.) Ο ΣΤΟΧΟΣ Η βαθµονόµηση ενός θερµοµέτρου υγρού, σε βαθµούς Κελσίου. (Αυτό σηµαίνει ότι στον γυάλινο σωλήνα του θα χαραχθούν οι ενδείξεις της θερµοκρασίας, σε βαθµούς Κελσίου.) ΟΙ ΕΙΣΑΓΩΓΙΚΕΣ ΓΝΩΣΕΙΣ Η µέτρηση της θερµοκρασίας γίνεται µε τα θερµόµετρα. Τα θερµόµετρα διαθέτουν βαθµονο- µηµένη κλίµακα µέτρησης. Η βαθµονόµηση στηρίζεται σε δύο αυθαίρετες θερµοκρασίες σε ο C. Η πρώτη θερµοκρασία είναι αυτή στην οποία λιώνει ο πάγος, και την αντιστοιχούµε µε 0 ο C. Ως δεύτερη θερµοκρασία επιλέγουµε εκείνη, στην οποία βράζει το καθαρό νερό σε πίεση 1 atm και την αντιστοιχούµε µε 100 ο C. Τo µήκος του σωλήνα του θερµοµέτρου, µεταξύ αυτών των δύο τιµών της θερµοκρασίας χωρίζεται σε 100 ίσα διαστήµατα. Κάθε διάστηµα αντιστοιχεί σε µεταβολή θερµοκρασίας κατά 1 ο C. Αν χωρίζαµε την απόσταση αυτή σε δέκα ίσα διαστήµατα καθένα απ αυτά θα αντιστοιχούσε σε µεταβολή θερµοκρασίας 10 ο C. Στην κλί- µακα αυτή, καταστάσεις µε θερµοκρασία µικρότερη αυτής της τήξης του πάγου (0 ο C) περιγράφονται µε αρνητικές ενδείξεις. Το θερµόµετρο που θα βαθµονοµήσετε είναι θερµόµετρο υγρού σε γυαλί. Κατά τη διάρκεια της βαθµονόµησης αλλά και της µέτρησης της θερµοκρασίας, θα πρέπει τα µάτια σας και η στάθµη του υγρού της θερµοµετρικής στήλης να είναι στο ίδιο ύψος, ώστε να αποφεύγονται σφάλµατα κατά την ανάγνωση των ενδείξεων (σφάλµα παράλλαξης). Η ΑΣΦΑΛΕΙΑ Το θερµόµετρο είναι φτιαγµένο από γυαλί. Χρειάζεται προσοχή για να µη σπάσει και προκληθεί τραυµατισµός. Ποτέ µην αφήνετε τα θερµόµετρα έξω από τη θήκη τους. Εκτός θήκης δεν είναι ασφαλή, ακόµα και αν βρίσκονται πάνω στο τραπέζι σε οριζόντια θέση. Η τοποθέτηση του θερµοµέτρου στην οπή του φελλού απαιτεί ιδιαίτερη προσοχή. Αν η προσαρµογή του θερµοµέτρου είναι πολύ σφικτή, θα πρέπει να µην πιεστεί πολύ, διότι υπάρχει κίνδυνος να σπάσει. Για το λόγο αυτό φροντίζουµε να διευρύνουµε την οπή, αλλά όχι πολύ, γιατί υ- πάρχει κίνδυνος το θερµόµετρο να µην συγκρατείται στο πώµα. Το θερµόµετρο που θα σας 1

2 δοθεί είναι ήδη περασµένο στο φελλό (stopper). Μην επιχειρήσετε να το βγάλετε, διότι µπορεί να σπάσει. Ο µαθητής από την οµάδα που θα σηµειώνει το επίπεδο του θερµοµετρικού υγρού, όταν το θερµόµετρο βρίσκεται στο νερό που βράζει, πρέπει να φοράει αντιθερµικά γάντια. Τα άλλα µέλη της οµάδας δεν χρειάζεται στη φάση αυτή να έρθουν σε επαφή µε την πειραµατική διάταξη. Όταν χρειαστεί να µετακινήσετε το θερµόµετρο, ξεβιδώστε πρώτα το µεταλλικό σύνδεσµο που είναι προσαρµοσµένος στον ορθοστάτη. Έτσι µετακινείται το stopper µαζί µε το θερµόµετρο. εν πρέπει να τραβήξετε το θερµόµετρο από την οπή του φελλού. Πάντα να πιάνετε το δοχείο βρασµού από την ειδική λαβή του. εν ανάβουµε την ηλεκτρική εστία θέρ- µανσης χωρίς την άδεια του επιβλέποντα καθηγητή, ενώ, όση ώρα αυτή λειτουργεί, δεν την ακουµπάµε ούτε την µετακινούµε. Εκτός των προηγουµένων, επισηµαίνουµε ότι θα πρέπει να τηρούνται όλοι οι γενικοί κανόνες ασφαλείας του εργαστηρίου, οι οποίοι αναφέρονται στην εισαγωγή του εργαστηριακού οδηγού. ΤΑ ΟΡΓΑΝΑ, ΟΙ ΣΥΣΚΕΥΕΣ ΚΑΙ ΤΑ ΥΛΙΚΑ ΠΟΥ ΘΑ ΧΡΗΣΙΜΟΠΟΙΗΘΟΥΝ! Ορθοστάτης ( Μεταλλική βάση - ράβδος στήριξης)! Μεταλλικός σύνδεσµος! Μεταλλική λαβίδα! Φελλός µε οπή (Stopper)! Ηλεκτρική εστία ή γκαζάκι ή λύχνος! Μπρίκι! Αβαθµονόµητο θερµόµετρο! Βαθµονοµηµένο θερµόµετρο! Kύπελλo! Θρυµµατισµένος πάγος, νερό! Μαρκαδόρος! Κανόνας ορθοστάτης µεταλλική λαβίδα αβαθµονόµητο θερµόµετρο φελλός µε οπή µεταλλικός σύνδεσµος νερό µπρίκι ηλεκτρική εστία 2

3 Η ΙΑ ΙΚΑΣΙΑ - ΤΟ ΦΥΛΛΟ ΕΡΓΑΣΙΑΣ 1. Γράψτε στο φύλλο αναφοράς τις υποθέσεις ή τις προβλέψεις σας που αφορούν στις ε- ρωτήσεις της άσκησης. 2. Γεµίστε το κύπελλο µε ένα µίγµα νερού και θρυµµατισµένου πάγου. Βάλτε το Stopper µε το θερµόµετρο στη λαβίδα του ορθοστάτη. Με τη βοήθεια του µεταλλικού συνδέσµου, προσαρµόστε τη διάταξη, έτσι ώστε το γυάλινο δοχείο του θερµοµέτρου να είναι βυθισµένο στο παγωµένο νερό. Αφήστε το µερικά λεπτά, µέχρι να σταθεροποιηθεί η στάθµη του θερµοµετρικού υγρού. 3. Έως ότου να σταθεροποιηθεί η θερµοκρασία, ρίξτε νερό στο µπρίκι σχεδόν µέχρι τη µέση και τοποθετήστε το στην ηλεκτρική εστία για να βράσει. 4. Σηµειώστε µε το µαρκαδόρο το επίπεδο που έχει φτάσει το υγρό (οινόπνευµα) στο α- βαθµονόµητο θερµόµετρο. Αυτό θα είναι το σηµείο µηδέν της κλίµακας Κελσίου που θα φτιάξετε. 5. Με τη βοήθεια του συνδέσµου ανεβάστε το θερµόµετρο. Αφαιρέστε κάτω από το θερµό- µετρο το ποτήρι µε το παγωµένο νερό και αφήστε το θερµόµετρο να έρθει πάλι σε θερ- µοκρασία δωµατίου. 6. Προσαρµόστε τη διάταξη, έτσι ώστε το γυάλινο δοχείο του θερµοµέτρου να είναι βυθισµένο στο νερό που βράζει µέσα στο µπρίκι, χωρίς να ακουµπάει στα τοιχώµατά του και περιµένετε, µέχρι να σταθεροποιηθεί η ένδειξή του. 7. Σηµειώστε µε το µαρκαδόρο το επίπεδο του υγρού στο αβαθµονόµητο θερµόµετρο. Αυτό θα είναι το σηµείο 100 της κλίµακας Κελσίου που θα φτιάξετε. 8. Σβήστε την ηλεκτρική εστία και ανεβάστε το θερµόµετρο, αφήνοντάς το µέχρι να επανέλθει στη θερµοκρασία δωµατίου. Αφαιρέστε µε προσοχή το θερµόµετρο από το φελλό. 9. Με τη βοήθεια του κανόνα διαιρέστε την απόσταση µεταξύ των δύο σηµείων σε όσα θεωρείτε ευκολότερο ίσα διαστήµατα, χωρίς να χάνετε πολύ σε ακρίβεια και θα έχετε ολοκληρώσει τη βαθµονόµηση του θερµοµέτρου. Το κατώτερο σηµείο είναι το σηµείο 0 ο C και το ανώτερο το σηµείο 100 ο C. 10. Γράψτε τη θερµοκρασία δωµατίου που δείχνει ένα βαθµονοµηµένο θερµόµετρο τοίχου στον πίνακα δεδοµένων του φύλλου αναφοράς. Κάντε το ίδιο και µε το θερµόµετρο που βαθµονοµήσατε εσείς. 11. Συµπληρώστε το υπόλοιπο του φύλλου αναφοράς της εργαστηριακής άσκησης και το φύλλο οµαδικής αυτοαξιολόγησης της πειραµατικής δραστηριότητας. 3

4 ΦΥΛΛΟ ΑΝΑΦΟΡΑΣ ΤΗΣ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΗΣ ΑΣΚΗΣΗΣ ΥΠΟΘΕΣΕΙΣ - ΠΡΟΒΛΕΨΕΙΣ ιατυπώστε τις υποθέσεις ή τις προβλέψεις που κάνατε. Ε ΟΜΕΝΑ ΠΙΝΑΚΑΣ Ε ΟΜΕΝΩΝ Θερµοκρασία δωµατίου ( ο C) Ένδειξη βαθµονοµηµένου θερµοµέτρου Ένδειξη θερµοµέτρου που βαθµονοµήσατε εσείς ΣΚΟΠΟΣ Γράψτε, ποιος ήταν ο σκοπός της εργαστηριακής άσκησης. ΣΥΖΗΤΗΣΗ - ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ - ΓΕΝΙΚΕΥΣΕΙΣ Συναντήσατε δυσκολίες στην βαθµονόµηση του θερµοµέτρου; NAI OXI Αν ΝΑΙ, πώς τις ξεπεράσατε; Ποιά στρατηγική ακολουθήσατε; 4

5 Ποια ήταν τα βήµατα της πειραµατικής διαδικασίας που ακολουθήσατε; Τα βήµατα δεν πρέπει να γραφούν αναλυτικά αλλά σε γενικές γραµµές. ΒΗΜΑ 1:. ΒΗΜΑ 2:. ΒΗΜΑ 3:. Επιτύχατε κατά τη γνώµη σας τον σκοπό του πειράµατος; Εξηγείστε, γιατί τα επιστηµονικά όργανα θα πρέπει να είναι βαθµονοµηµένα. 5

6 ΟΜΑ ΙΚΗ ΑΥΤΟΑΞΙΟΛΟΓΗΣΗ ΤΗΣ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΗΣ ΡΑΣΤΗΡΙΟΤΗΤΑΣ Οµάδα. Ηµεροµηνία ραστηριότητα Αναπτύξατε ένα σαφές πλάνο πριν ξεκινήσετε; Είχε κάθε µέλος της οµάδας συγκεκριµένες δραστηριότητες να κάνει; Είσαστε ικανοί να δουλέψετε ως οµάδα; Συζητήσατε το σκοπό, για τον οποίο κάνατε την δραστηριότητα; Υπήρξε κάποια υπόθεση που διατυπώθηκε; Η πρόβλεψή σας επαληθεύτηκε µε το αποτέλεσµα του πειράµατος; Οι οδηγίες ακολουθήθηκαν επακριβώς; Υπήρξαν προβλήµατα στην χρήση τού εξοπλισµού και των υλικών; Πήρατε όλα τα µέτρα ασφαλείας; Ήταν οι µετρήσεις σας ακριβείς; Οι καταγραφές των δεδοµένων ήταν σωστές; Καθαρίσατε επιµελώς το εργαστήριο µετά την δραστηριότητα; Εξετάζατε τα δεδοµένα προσεκτικά για να εντοπίσετε το νόηµά τους; Εξετάσατε την αρχική σας υπόθεση; Υπολογίσατε τα πειραµατικά σφάλµατα; Άλλο: 6

7 ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΗ ΑΣΚΗΣΗ 10 Μελέτη της εξέλιξης της θερµοκρασίας δύο σωµάτων που βρίσκονται σε θερµική επαφή Α. Με χρήση αισθητήρων θερµοκρασίας ΟΙ ΕΡΩΤΗΣΕΙΣ Γεµίζουµε ένα µικρό δοχείο µε νερό θερµοκρασίας περίπου 60 ο C (π.χ. κάνιστρο από φωτογραφικό φιλµ). Τοποθετούµε το δοχείο αυτό µέσα σε ένα ποτήρι που περιέχει µεγαλύτερη ποσότητα νερού, θερµοκρασίας 20 ο C. Το µικρό δοχείο έχει τέτοια τοιχώµατα, ώστε οι δύο ποσότητες νερού βρίσκονται σε θερµική επαφή. Τα τοιχώµατα του ποτηριού δεν επιτρέπουν πρακτικά ανταλλαγή θερµότητας µε το περιβάλλον. 1. Πόσος χρόνος θα χρειαστεί, µέχρι να αποκατασταθεί η θερµική ισορροπία; 2. Ποια θα είναι η τελική θερµοκρασία του νερού στα δύο δοχεία; (Οι υποθέσεις - προβλέψεις σηµειώνονται στο φύλλο αναφοράς της εργαστηριακής άσκησης.) Ο ΣΤΟΧΟΣ Η µελέτη της εξέλιξης της θερµοκρασίας δύο σωµάτων που βρίσκονται σε θερµική αλληλεπίδραση. ΟΙ ΕΙΣΑΓΩΓΙΚΕΣ ΓΝΩΣΕΙΣ Θερµότητα είναι η ενέργεια που ανταλλάσσεται µεταξύ δύο σωµάτων, λόγω διαφοράς θερµοκρασίας. ύο σώµατα βρίσκονται σε θερµική αλληλεπίδραση (θερµική επαφή), όταν υπάρχει η δυνατότητα ανταλλαγής θερµότητας µεταξύ τους. Αυτό θα συµβεί, εφόσον έχουν διαφορά θερµοκρασίας και δεν τα χωρίζει υλικό που απαγορεύει την µετάδοση της θερµότητας από το ένα στο άλλο. ύο σώµατα βρίσκονται σε θερµική ισορροπία, όταν έχουν την ίδια θερµοκρασία. Αν δύο σώµατα βρίσκονται σε θερµική ισορροπία και βρεθούν σε θερµική αλληλεπίδραση, δε θα ανταλλάξουν θερµότητα. Ο αισθητήρας θερµοκρασίας είναι ένα ηλεκτρικό θερµόµετρο που διασυνδέεται µε ηλεκτρονικό υπολογιστή, στον οποίο καταγράφονται οι µετρήσεις. Έχουµε τη δυνατότητα να παρακολουθούµε στην οθόνη τη µεταβολή της θερµοκρασίας του σώµατος, που είναι σε επαφή µε τον αισθητήρα, καθώς περνά ο χρόνος. Η ΑΣΦΑΛΕΙΑ Στο πείραµα αυτό δε θα έρθετε σε επαφή µε σώµατα που έχουν θερµοκρασία µεγαλύτερη από 65 ο C. Επιβάλλεται να τηρούνται όλοι οι γενικοί κανόνες ασφαλείας του εργαστηρίου, που αναφέρονται στην εισαγωγή του εργαστηριακού οδηγού. 7

8 ΤΑ ΟΡΓΑΝΑ, OI ΣΥΣΚΕΥΕΣ ΚΑΙ ΤΑ ΥΛΙΚΑ ΠΟΥ ΘΑ ΧΡΗΣΙΜΟΠΟΙΗΘΟΥΝ! ύο αισθητήρες θερµοκρασίας συνδεµένοι κατάλληλα µε ηλεκτρονικό υπολογιστή.! Πλαστικό θερµοµονωτικό ποτήρι που έχει καπάκι µε δύο οπές! Μικρό πλαστικό δοχείο (κάνιστρο από φωτογραφικό φιλµ) µε τρύπα στο καπάκι του.! Βραστήρας! Νερό H ΙΑ ΙΚΑΣΙΑ - ΤΟ ΦΥΛΛΟ ΕΡΓΑΣΙΑΣ 1. Γράψτε στο φύλλο αναφοράς τις προβλέψεις ή τις υποθέσεις σας, που αφορούν στις ερωτήσεις της εργαστηριακής άσκησης. 2. Βάλτε στο ποτήρι νερό βρύσης τόσο, ώστε, αν βυθίσετε µέσα το µικρό δοχείο η στάθµη του νερού να είναι περίπου 1 cm πιο κάτω από το καπάκι του δοχείου. 3. Γεµίστε το µικρό δοχείο µε ζεστό νερό που θα σας δώσει ο καθηγητής σας. 4. Περάστε τον ένα αισθητήρα από την µία τρύπα στο καπάκι του ποτηριού και από την τρύπα στο καπάκι του µικρού δοχείου, ώστε να µετρά τη θερµοκρασία του ζεστού νερού. 5. Περάστε τον άλλο αισθητήρα από τη δεύτερη τρύπα στο καπάκι του ποτηριού, ώστε να µετρά τη θερµοκρασία του νερού βρύσης. 6. Κλείστε το ποτήρι µε το καπάκι του και ενεργοποιείστε µε το ποντίκι του υπολογιστή τη λήψη µετρήσεων. 7. Παρακολουθήστε την εξέλιξη της θερµοκρασίας από το γράφηµα που εµφανίζεται στην οθόνη του υπολογιστή. Όταν αυτή σταθεροποιηθεί µετρήστε την και καταγράψτε την αρχική και τελική τιµή της για κάθε ένα αισθητήρα στο φύλλο αναφοράς. 8. Υπολογίστε την τιµή της µεταβολής Τ της θερµοκρασίας του νερού βρύσης και τη µεταβολή της θερµοκρασίας του ζεστού νερού και συµπληρώστε τις τιµές τους στον πίνακα ανάλυσης του φύλλου αναφοράς. 9. Μετά το τέλος των µετρήσεων αφαιρέστε τους αισθητήρες και αδειάστε το νερό από το µικρό δοχείο στο νεροχύτη. Κατόπιν, ρίχνοντας το νερό του ποτηριού µέσα στο µικρό δο- 8

9 χείο µπορείτε να διαπιστώσετε, αν το αρχικά κρύο ή το αρχικά ζεστό νερό είχε µεγαλύτερη µάζα. Καταγράψτε το αποτέλεσµα της σύγκρισης στο φύλλο αναφοράς. 10. Συµπληρώστε το υπόλοιπο φύλλο αναφοράς της εργαστηριακής άσκησης. ΦΥΛΛΟ ΑΝΑΦΟΡΑΣ ΤΗΣ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΗΣ ΑΣΚΗΣΗΣ ΥΠΟΘΕΣΕΙΣ - ΠΡΟΒΛΕΨΕΙΣ ιατυπώστε τις υποθέσεις ή προβλέψεις που κάνατε. Ε ΟΜΕΝΑ ΠΙΝΑΚΑΣ Ε ΟΜΕΝΩΝ Αρχική θερµοκρασία νερού βρύσης ( ο C) Αρχική θερµοκρασία ζεστού νερού ( ο C) Τελική θερµοκρασία νερού βρύσης ( ο C) Τελική θερµοκρασία ζεστού νερού ( ο C) ΠΙΝΑΚΑΣ ΑΝΑΛΥΣΗΣ Μεταβολή θερµοκρασίας ζεστού νερού Τ 1 σε ο C Μεταβολή θερµοκρασίας νερού βρύσης Τ 1 σε ο C ΣΚΟΠΟΣ Γράψτε, ποιος ήταν ο σκοπός της εργαστηριακής άσκησης. 9

10 ΣΥΖΗΤΗΣΗ - ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ - ΓΕΝΙΚΕΥΣΕΙΣ Συναντήσατε δυσκολίες σε κάποιο από τα βήµατα του πειράµατος; NAI OXI Αν ΝΑΙ, σε ποιο ή ποια και πώς τις ξεπεράσατε; ιαγράψτε µία από τις λέξεις κρύο-ζεστό στην παρακάτω πρόταση. Μεγαλύτερη µάζα είχε το αρχικά κρύο/ζεστό νερό. Τι διαπιστώνετε από τη σύγκριση των µαζών των δύο ποσοτήτων νερού και από τις αντίστοιχες µεταβολές στη θερµοκρασία τους; Τι ήταν αυτό που µεταφέρθηκε από το τη µια ποσότητα νερού στην άλλη και ποιο το αποτέλεσµα αυτής της µεταφοράς; Απαντήστε σύντοµα χρησιµοποιώντας µια ή περισσότερες φορές τις λέξεις θερµική, ενέργεια, θερµοκρασία, θερµότητα, ισορροπία. Επιτύχατε τους σκοπούς του πειράµατος; Γράψτε, αν επαληθεύτηκαν από τα αποτελέσµατα του πειράµατος, οι υποθέσεις ή οι προβλέψεις που κάνατε. 10

11 Β. Με χρήση θερµοµέτρων Η προηγούµενη εργαστηριακή άσκηση µπορεί να γίνει χρησιµοποιώντας, αντί των αισθητήρων, δύο θερµόµετρα. ΟΙ ΕΡΩΤΗΣΕΙΣ Γεµίζουµε ένα µικρό δοχείο µε νερό θερµοκρασίας περίπου 60 ο C. Τοποθετούµε το δοχείο αυτό µέσα σε ένα ποτήρι που περιέχει µεγαλύτερη ποσότητα νερού, θερµοκρασίας 20 ο C. Το µικρό δοχείο έχει τέτοια τοιχώµατα, ώστε οι δύο ποσότητες νερού βρίσκονται σε θερµική ε- παφή. Τα τοιχώµατα του ποτηριού δεν επιτρέπουν πρακτικά ανταλλαγή θερµότητας µε το περιβάλλον. 1. Πόσος χρόνος θα χρειαστεί, µέχρι να αποκατασταθεί η θερµική ισορροπία; 2. Ποια θα είναι η τελική θερµοκρασία του νερού στα δύο δοχεία; (Οι υποθέσεις - προβλέψεις σηµειώνονται στο φύλλο αναφοράς της εργαστηριακής άσκησης.) Ο ΣΤΟΧΟΣ Η µελέτη της εξέλιξης της θερµοκρασίας δύο σωµάτων που βρίσκονται σε θερµική επαφή. ΟΙ ΕΙΣΑΓΩΓΙΚΕΣ ΓΝΩΣΕΙΣ Θερµότητα είναι η ενέργεια που ανταλλάσσεται µεταξύ δύο σωµάτων, λόγω διαφοράς θερµοκρασίας. ύο σώµατα βρίσκονται σε θερµική αλληλεπίδραση (θερµική επαφή), όταν υπάρχει η δυνατότητα ανταλλαγής θερµότητας µεταξύ τους. Αυτό θα συµβεί, εφόσον έχουν διαφορά θερµοκρασίας και δεν τα χωρίζει υλικό που απαγορεύει την µετάδοση της θερµότητας από το ένα στο άλλο ύο σώµατα βρίσκονται σε θερµική ισορροπία, όταν έχουν την ίδια θερµοκρασία. Αν δύο σώµατα βρίσκονται σε θερµική ισορροπία και βρεθούν σε θερµική αλληλεπίδραση δεν θα ανταλλάξουν θερµότητα. Η ΑΣΦΑΛΕΙΑ Στο πείραµα αυτό δεν θα έρθετε σε επαφή µε σώµατα που έχουν θερµοκρασία πάνω από 65 ο C, όπως είναι το ζεστό νερό που θα σας δώσει ο καθηγητής σας. Χρειάζεται προσοχή στη ρίψη του ζεστού νερού µέσα στο µικρό δοχείο. Μην αφήνετε τα θερµόµετρα εκτός θήκης πάνω σε τραπέζια, ακόµα και αν βρίσκονται σε οριζόντια θέση. Τελειώνοντας τις µετρήσεις παραδίνετε τα θερµόµετρα στον καθηγητή σας, ο οποίος θα τα αποχωρίσει από το φελλό. Κατόπιν τα τοποθετείτε στις θήκες. Τέλος προσέξετε να µη χυθούν νερά κοντά σε πρίζες και καλώδια. Πρέπει να τηρούνται όλοι οι γενικοί κανόνες ασφαλείας του εργαστηρίου, που αναφέρονται στην εισαγωγή του εργαστηριακού οδηγού. 11

12 ΤΑ ΟΡΓΑΝΑ, ΟΙ ΣΥΣΚΕΥΕΣ ΚΑΙ ΤΑ ΥΛΙΚΑ ΠΟΥ ΘΑ ΧΡΗΣΙΜΟΠΟΙΗΘΟΥΝ! ύο θερµόµετρα οινοπνεύµατος.! Πλαστικό θερµοµονωτικό ποτήρι που έχει καπάκι µε δύο οπές! Μικρό πλαστικό δοχείο (κάνιστρο από φωτογραφικό φιλµ) µε τρύπα στο καπάκι του.! Βραστήρας! Νερό! Χρονόµετρο Η ΙΑ ΙΚΑΣΙΑ - ΤΟ ΦΥΛΛΟ ΕΡΓΑΣΙΑΣ 1. Γράψτε στο φύλλο αναφοράς τις προβλέψεις ή τις υποθέσεις σας, που αφορούν στις ερωτήσεις της εργαστηριακής άσκησης. 2. Βάλτε στο ποτήρι νερό βρύσης τόσο, ώστε, αν βυθίσετε µέσα το µικρό δοχείο, η στάθµη του νερού να είναι περίπου 1 cm πιο κάτω από το καπάκι του δοχείου. 3. Γεµίστε το µικρό δοχείο µε το ζεστό νερό που θα σας δώσει ο καθηγητής σας. 4. Περάστε το ένα θερµόµετρο από την µία τρύπα στο καπάκι του ποτηριού και από την τρύπα στο καπάκι του µικρού δοχείου, ώστε να µετρά τη θερµοκρασία του ζεστού νερού. 5. Περάστε το άλλο θερµόµετρο από την δεύτερη τρύπα στο καπάκι του ποτηριού, ώστε να µετρά τη θερµοκρασία του νερού βρύσης. 6. Κλείστε το ποτήρι µε το καπάκι του και αρχίστε να καταγράφετε στο φύλλο εργασίας τις ενδείξεις των θερµοµέτρων ανά µισό λεπτό ώσπου πρακτικά να σταθεροποιηθούν. 7. Υπολογίστε την τιµή της συνολικής µεταβολής Τ της θερµοκρασίας του κρύου νερού και τη συνολική µεταβολή της θερµοκρασίας του ζεστού νερού και συµπληρώστε τις τιµές τους στον πίνακα ανάλυσης του φύλλου αναφοράς. 8. Μετά το τέλος των µετρήσεων αφαιρέστε τα θερµόµετρα και αδειάστε το νερό από το µικρό δοχείο στο νεροχύτη. Κατόπιν, ρίχνοντας το νερό του ποτηριού µέσα στο µικρό δοχείο µπορείτε να διαπιστώσετε, αν το αρχικά κρύο ή το αρχικά ζεστό νερό είχε µεγαλύτερη µάζα. Καταγράψτε το αποτέλεσµα της σύγκρισης στο φύλλο αναφοράς. 9. Συµπληρώστε το υπόλοιπο φύλλο αναφοράς της εργαστηριακής άσκησης. 12

13 ΦΥΛΛΟ ΑΝΑΦΟΡΑΣ ΤΗΣ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΗΣ ΑΣΚΗΣΗΣ ΥΠΟΘΕΣΕΙΣ - ΠΡΟΒΛΕΨΕΙΣ ιατυπώστε τις υποθέσεις ή προβλέψεις που κάνατε. Ε ΟΜΕΝΑ ΠΙΝΑΚΑΣ Ε ΟΜΕΝΩΝ Θερµοκρασία ζεστού νερού ( ο C) Θερµοκρασία νερού βρύσης ( ο C) Αρχική θερµοκρασία νερού βρύσης ( ο C) Αρχική θερµοκρασία ζεστού νερού ( ο C) Τελική θερµοκρασία νερού βρύσης ( ο C) Τελική θερµοκρασία ζεστού νερού ( ο C) ιαγράψτε στην παρακάτω πρόταση µία από τις λέξεις κρύο-ζεστό. Μεγαλύτερη µάζα είχε το αρχικά κρύο/ζεστό νερό. ΠΙΝΑΚΑΣ ΑΝΑΛΥΣΗΣ Μεταβολή θερµοκρασίας ζεστού νερού Τ 1 ( ο C) Μεταβολή θερµοκρασίας νερού βρύσης Τ 1 ( ο C) 13

14 Κατασκευάστε στους ίδιους άξονες και για τις δύο ποσότητες νερού, τα διαγράµµατα θερµοκρασίας-χρόνου. άξονας των y άξονας των x ΣΚΟΠΟΣ Γράψτε ποιος ήταν ο σκοπός της εργαστηριακής άσκησης. ΣΥΖΗΤΗΣΗ - ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ Συναντήσατε δυσκολίες σε κάποιο από τα βήµατα του πειράµατος; NAI OXI Αν ΝΑΙ, σε ποιο ή ποια και πώς τις ξεπεράσατε; 14

15 Τι διαπιστώνετε από τη σύγκριση των µαζών των δύο ποσοτήτων νερού και από τις αντίστοιχες µεταβολές στη θερµοκρασία τους; Επιτύχατε το σκοπό του πειράµατος; Γράψτε, αν επαληθεύτηκαν από τα αποτελέσµατα του πειράµατος, οι υποθέσεις ή οι προβλέψεις που κάνατε. 15

16 ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΗ ΑΣΚΗΣΗ 11 Μελέτη της αρχής διατήρησης της ενέργειας κατά τη µεταφορά θερµότητας ΟΙ ΕΡΩΤΗΣΕΙΣ Αναµειγνύουµε µέσα σε ποτήρι µιας χρήσεως 50 cm 3 νερό από τη βρύση (θερµοκρασίας περίπου 20 ο C) και 150 cm 3 ζεστό νερό (θερµοκρασίας περίπου 60 0 C). Κατόπιν τοποθετούµε το καπάκι του ποτηριού. 1. Ποια θα είναι η τελική θερµοκρασία του νερού µέσα στο ποτήρι; 2. Μπορούµε να υπολογίσουµε τη θερµότητα που µεταφέρθηκε από το ζεστό νερό στο κρύο; 3. Επαληθεύεται η αρχή διατήρησης της ενέργειας; (Οι υποθέσεις - προβλέψεις σηµειώνονται στο φύλλο αναφοράς της εργαστηριακής άσκησης.) Ο ΣΤΟΧΟΣ Η µελέτη της αρχής διατήρησης της ενέργειας κατά τη µεταφορά θερµότητας. ΟΙ ΕΙΣΑΓΩΓΙΚΕΣ ΓΝΩΣΕΙΣ! Το 1 ml είναι µια µικρή µονάδα όγκου ίση µε το 1 cm 3.! Κάθε ml νερού έχει µάζα 1 g αφού η πυκνότητα του νερού είναι 1 g/cm 3.! Ο νόµος της θερµιδοµετρίας µας δίνει τη δυνατότητα να υπολογίζουµε την µεταφερόµενη θερµότητα προς ή από κάποιο υλικό, αν γνωρίζουµε τη µεταβολή της θερµοκρασίας του Τ τη µάζα m και την ειδική θερµότητα c του υλικού του σώµατος. Η µαθηµατική του διατύπωση είναι: Q = m c Τ Θερµότητα = (Μάζα) (Ειδική θερµότητα) (Μεταβολή της θερµοκρασίας)! Tο ποσό θερµότητας που απαιτείται για την αύξηση της θερµοκρασίας 1 g νερού κατά 1 o C είναι ίσο µε µια θερµίδα (1cal). Συνεπώς η ειδική θερµότητα του νερού είναι : H ΑΣΦΑΛΕΙΑ cal c = 1 o g C Στο πείραµα αυτό δε θα έρθετε σε επαφή µε σώµατα που έχουν θερµοκρασία πάνω από 65 ο C, όπως το ζεστό νερό που θα σας δώσει ο καθηγητής σας. Χρειάζεται όµως προσοχή, για να µη σπάσει κάποιο από τα γυάλινα σκεύη και προκληθεί ατύχηµα. Το θερµόµετρο θα σας παραδοθεί περασµένο στο φελλό (stopper) και µην επιχειρήσετε να το βγάλετε, γιατί µπορεί να σπάσει. Προσοχή, µην αφήνετε τα θερµόµετρα εκτός θήκης πάνω σε τραπέζια, ακόµα και αν βρίσκονται σε οριζόντια θέση. Τελειώνοντας τις µετρήσεις πρέπει να τα παραδίνετε στον καθηγητή σας, ο οποίος τα βγάζει από το φελλό και µετά τα τοποθετείτε στις θήκες τους. Πρέπει να τηρούνται όλοι οι γενικοί κανόνες ασφαλείας του εργαστηρίου, που αναφέρονται στην εισαγωγή του εργαστηριακού οδηγού. 16

17 ΤΑ ΟΡΓΑΝΑ, ΟΙ ΣΥΣΚΕΥΕΣ ΚΑΙ ΤΑ ΥΛΙΚΑ ΠΟΥ ΘΑ ΧΡΗΣΙΜΟΠΟΙΗΘΟΥΝ! Ογκοµετρικός κύλινδρος! Ένα θερµόµετρο οινοπνεύµατος.! Βραστήρας! Ποτήρι ζέσης των 250 ml! Μεγάλο πλαστικό θερµοµονωτικό ποτήρι που έχει καπάκι µε οπή.! Μικρό πλαστικό ποτήρι.! Νερό! Φελλός µε οπή (Stopper) Η ΙΑ ΙΚΑΣΙΑ - ΤΟ ΦΥΛΛΟ ΕΡΓΑΣΙΑΣ 1. Γράψτε στο φύλλο αναφοράς τις προβλέψεις ή τις υποθέσεις σας, που αφορούν στις ερωτήσεις της εργαστηριακής άσκησης. 2. Βάλτε 50 ml νερό βρύσης στο µικρό πλαστικό ποτήρι. 3. Μετρήστε τη θερµοκρασία του και καταγράψτε την τιµή της στον πίνακα δεδοµένων του φύλλου αναφοράς. 4. Πάρτε 150 ml ζεστό νερό από το γυάλινο ποτήρι ζέσης που θα σας δώσει ο καθηγητής σας και ρίξτε το στο µεγάλο πλαστικό ποτήρι. Τοποθετήστε το καπάκι του ποτηριού. 5. Μετρήστε τη θερµοκρασία του ζεστού νερού, εισάγοντας από την οπή του ποτηριού ένα θερµόµετρο περασµένο σε φελλό (Stopper). Καταγράψτε την τιµή της στον πίνακα δεδοµένων του φύλλου αναφοράς της εργαστηριακής άσκησης. 6. Αφαιρέστε προσεκτικά το καπάκι και ρίξτε γρήγορα το νερό βρύσης του µικρού ποτηριού µέσα στο ζεστό νερό του µεγάλου ποτηριού. Στη συνέχεια βάλτε αµέσως το καπάκι (µε το θερµόµετρο), όπως προηγουµένως. 7. Παρακολουθήστε την εξέλιξη της θερµοκρασίας και, όταν αυτή σταθεροποιηθεί, µετρήστε την και καταγράψτε την τελική τιµή της στο φύλλο αναφοράς. 8. Υπολογίστε την τιµή της µεταβολής Τ της θερµοκρασίας του κρύου νερού και τη µεταβολή της θερµοκρασίας του ζεστού νερού µετά την ανάµειξη, και συµπληρώστε τις τιµές τους στον πίνακα ανάλυσης του φύλλου αναφοράς. 9. Συµπληρώστε τις µάζες του ζεστού και του κρύου νερού στον πίνακα ανάλυσης του φύλλου αναφοράς. 10. Εφαρµόζοντας το νόµο της θερµιδοµετρίας για το ζεστό νερό, υπολογίστε την θερµότητα που απέβαλλε και συµπληρώστε την τιµή της στον πίνακα ανάλυσης. 11. Εφαρµόζοντας το νόµο της θερµιδοµετρίας για το νερό βρύσης, υπολογίστε τη θερµότητα που µεταφέρθηκε σ αυτό και συµπληρώστε την τιµή της στον πίνακα ανάλυσης. 12. Συµπληρώστε το υπόλοιπο φύλλο αναφοράς της εργαστηριακής άσκησης. 17

18 ΦΥΛΛΟ ΑΝΑΦΟΡΑΣ ΤΗΣ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΗΣ ΑΣΚΗΣΗΣ ΥΠΟΘΕΣΕΙΣ - ΠΡΟΒΛΕΨΕΙΣ ιατυπώστε τις υποθέσεις ή προβλέψεις που κάνατε. Ε ΟΜΕΝΑ ΠΙΝΑΚΑΣ Ε ΟΜΕΝΩΝ Θερµοκρασία νερού βρύσης ( ο C) Θερµοκρασία ζεστού νερού ( ο C) Τελική θερµοκρασία ( ο C) ΠΙΝΑΚΑΣ ΑΝΑΛΥΣΗΣ Μεταβολή θερµοκρασίας ζεστού νερού Τ 1 ( ο C) Μεταβολή θερµοκρασίας νερού βρύσης Τ 1 ( ο C) Μάζα ζεστού νερού m 1 (g) Μάζα νερού βρύσης m 2 (g) Θερµότητα που απέβαλλε το ζεστό νερό Q 1 (cal) Θερµότητα που µεταφέρθηκε στο νερό βρύσης Q 2 (cal) ΣΚΟΠΟΣ Γράψτε ποιος ήταν ο σκοπός της εργαστηριακής άσκησης. 18

19 ΣΥΖΗΤΗΣΗ - ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ - ΓΕΝΙΚΕΥΣΕΙΣ Συναντήσατε δυσκολίες σε κάποιο από τα βήµατα του πειράµατος; NAI OXI Αν ΝΑΙ σε ποιο ή ποια και πώς τις ξεπεράσατε; Κατά τη γνώµη σας, αυτό που µεταφέρεται είναι η θερµότητα ή η θερµοκρασία; Εξηγείστε, πως προκύπτει αυτό από τα αποτελέσµατά σας. Επιτύχατε το σκοπό του πειράµατος; Γράψτε, αν επαληθεύτηκαν από τα αποτελέσµατα του πειράµατος, οι υποθέσεις ή οι προβλέψεις που κάνατε. 19

20 ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΗ ΑΣΚΗΣΗ 12 Α) ιαστολή υγρών Μελέτη της διαστολής όγκου υγρών και αερίων ΟΙ ΕΡΩΤΗΣΕΙΣ Μέσα σε ένα γυάλινο δοχείο έχουµε τοποθετήσει µια ποσότητα υγρού, π.χ. νερού ή λαδιού, σε θερµοκρασία περίπου 20 ο C. Θερµαίνοντας, αυξάνουµε τη θερµοκρασία του υγρού και καταγράφουµε τη µεταβολή του όγκου ανά 5 ο C. 1. Ο όγκος του υγρού θα αυξάνεται, θα µειώνεται ή θα παραµένει σταθερός; 2. Αν υπάρχει µεταβολή του όγκου, πώς σχετίζεται µε τη µεταβολή της θερµοκρασίας; (Οι υποθέσεις - προβλέψεις σηµειώνονται στο φύλλο αναφοράς της εργαστηριακής άσκησης.) Ο ΣΤΟΧΟΣ Η µελέτη του τρόπου που µεταβάλλεται ο όγκος των υγρών µε τη µεταβολή της θερµοκρασίας τους. ΟΙ ΕΙΣΑΓΩΓΙΚΕΣ ΓΝΩΣΕΙΣ ύο µεγέθη ονοµάζονται ανάλογα, όταν το πηλίκο τους παραµένει σταθερό. Το γράφηµα δύο ανάλογων µεγεθών είναι ευθεία που περνά από την αρχή των αξόνων. Η µεταβολή του όγκου ενός υγρού, V, όταν µεταβληθεί η θερµοκρασία του κατά Τ, είναι ανάλογη του αρχικού όγκου του υγρού, V ο, ανάλογη του Τ και εξαρτάται από το είδος του υγρού. Ο νόµος αυτός µε τη γλώσσα των συµβόλων γράφεται: V= β V ο Τ. Ο συντελεστής β ονοµάζεται συντελεστής διαστολής όγκου του υγρού και εξαρτάται από το υλικό. Η µονάδα του είναι το 1 Κ -1 ή το (1 ο C) -1, αν µετράµε σε βαθµούς Κελσίου. Η ΑΣΦΑΛΕΙΑ Στο πείραµα αυτό χρειάζεται προσοχή για να µη σπάσουν τα γυάλινα σκεύη και προκληθεί ατύχηµα, διότι το γυαλί, όταν ζεσταίνεται προκαλεί σοβαρά και άµεσα εγκαύµατα, αν έλθει σε επαφή µε το γυµνό σας χέρι. Η φιάλη ζέσης θα σας δοθεί έχοντας περασµένο το θερµόµετρο και τον γυάλινο σωλήνα στο φελλό. Ο φελλός θα είναι τοποθετηµένος στο στόµιο της φιάλης από τον καθηγητή σας. Μην επιχειρήσετε να βγάλετε το θερµόµετρο ή το σωλήνα από το φελλό, διότι µπορεί να σπάσουν. Τελειώνοντας τις µετρήσεις, σβήστε το µάτι ή τη φωτιά και αφήστε τη συσκευή να κρυώσει. Μη ρίξετε κρύο νερό στο ζεστό γυαλί. Πρέπει να τηρούνται όλοι οι γενικοί κανόνες ασφαλείας του εργαστηρίου, που αναφέρονται στην εισαγωγή του εργαστηριακού οδηγού. 20

21 ΤΑ ΟΡΓΑΝΑ ΟΙ ΣΥΣΚΕΥΕΣ ΚΑΙ ΤΑ ΥΛΙΚΑ ΠΟΥ ΘΑ ΧΡΗΣΙΜΟΠΟΙΗΘΟΥΝ! Σφαιρική φιάλη pyrex 200 ml! Κατσαρόλα ή µεταλλικό δοχείο! Ένα θερµόµετρο οινοπνεύµατος! Ένας γυάλινος λεπτός σωλήνας! Φελλός µε δύο οπές! Μαρκαδόρος! Μετροταινία ή κανόνας! Ηλεκτρική εστία ή γκαζάκι ή λύχνος! Νερό χρωµατισµένο (π.χ. µε υπερµαγγανικό κάλιο) Η ΙΑ ΙΚΑΣΙΑ - ΤΟ ΦΥΛΛΟ ΕΡΓΑΣΙΑΣ 1. Γράψτε στο φύλλο αναφοράς τις προβλέψεις ή τις υποθέσεις σας, που αφορούν στις ερωτήσεις της εργαστηριακής άσκησης. 2. Βάλτε νερό στην κατσαρόλα µέχρι τη µέση της και ακουµπήστε την πάνω στην ηλεκτρική εστία (ή το γκαζάκι). Ανάψτε την ηλεκτρική εστία. Τοποθετήστε τη συσκευή που θα σας δώσει ο καθηγητής σας (φιάλη µε χρωµατισµένο νερό βουλωµένη µε φελλό, απ τον οποίο περνά ο γυάλινος σωλήνας και το θερµόµετρο) µέσα στην κατσαρόλα. 3. Περιµένετε λίγο και µόλις αρχίσει να ανεβαίνει η στάθµη του χρωµατισµένου νερού, ση- µειώστε την πάνω στο γυάλινο σωλήνα µε το µαρκαδόρο. Αυτή είναι η πρώτη γραµµή. Σηµειώνετε µε το µαρκαδόρο στο γυάλινο σωλήνα τη θέση της στάθµης του χρωµατισµένου νερού κάθε 5 ο C έως τους 55 ο C. ΠΡΟΣΟΧΗ, ΜΗΝ ΑΓΓΙΞΕΤΕ ΤΗ ΦΙΑΛΗ. Σβήστε την ηλεκτρική εστία (ή τη φωτιά). 4. Ζητείστε απ τον καθηγητή σας να αφαιρέσει το γυάλινο σωλήνα απ τη φιάλη. Μετρήστε µε τη µετροταινία την απόσταση κάθε γραµµής που χαράξατε από την πρώτη γραµµή. 5. Καταγράψτε τις τιµές των αποστάσεων στον πίνακα δεδοµένων, συµπληρώστε τον πίνακα ανάλυσης και απαντήστε στο υπόλοιπο φύλλο αναφοράς της εργαστηριακής άσκησης. 21

22 ΦΥΛΛΟ ΑΝΑΦΟΡΑΣ ΤΗΣ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΗΣ ΑΣΚΗΣΗΣ ΥΠΟΘΕΣΕΙΣ - ΠΡΟΒΛΕΨΕΙΣ ιατυπώστε τις υποθέσεις ή προβλέψεις που κάνατε. Ε ΟΜΕΝΑ ΠΙΝΑΚΑΣ Ε ΟΜΕΝΩΝ Α/Α γραµµής Θερµοκρασία χάραξης Απόσταση απ την 1 η γραµµή (cm) 1 Τ 1 = x 1 = 0 2 Τ 2 = x 2 = 3 Τ 3 = x 3 = 4 Τ 4 = x 4 = 5 Τ 5 = x 5 = 6 Τ 6 = x 6 = ΠΙΝΑΚΑΣ ΑΝΑΛΥΣΗΣ Μεταβολή θερµοκρασίας Τ ( ο C) Λόγος x/ Τ Τ 2 =Τ 2 -Τ 1 = ( x 2 / Τ 2 )= Τ 3 =Τ 3 -Τ 1 = ( x 3 / Τ 3 )= Τ 4 =Τ 3 -Τ 1 = ( x 4 / Τ 4 )= Τ 5 =Τ 5 -Τ 1 = ( x 5 / Τ 5 )= Τ 6 =Τ 5 -Τ 1 = ( x 6 / Τ 6 )= 22

23 ΣΚΟΠΟΣ Γράψτε ποιος ήταν ο σκοπός της εργαστηριακής άσκησης. ΣΥΖΗΤΗΣΗ - ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ - ΓΕΝΙΚΕΥΣΕΙΣ Συναντήσατε δυσκολίες σε κάποιο από τα βήµατα του πειράµατος; NAI OXI Αν ΝΑΙ, σε ποιο ή ποια και πώς τις ξεπεράσατε; Τι συµπέρασµα µπορείτε να βγάλετε για τη σχέση µεταξύ των µεταβολών της θερµοκρασίας και των αντίστοιχων µεταβολών του όγκου; Εξηγείστε πώς προκύπτει αυτό από τα αποτελέσµατά σας. Επιτύχατε το σκοπό του πειράµατος; Γράψτε, αν επαληθεύτηκαν από τα αποτελέσµατα του πειράµατος, οι υποθέσεις ή οι προβλέψεις που κάνατε. 23

24 Β) ιαστολή αερίων ΟΙ ΕΡΩΤΗΣΕΙΣ Μέσα σε µια γυάλινη φιάλη έχουµε περιορίσει µια ποσότητα αέρα. Το εσωτερικό της φιάλης επικοινωνεί µε το θάλαµο µιας ιατρικής σύριγγας, έτσι ώστε να µπορεί να µεταβάλλεται ο ό- γκος του αέρα της φιάλης υπό σταθερή πίεση. Αρχίζουµε να θερµαίνουµε τον αέρα της φιάλης ξεκινώντας από τους 0 ο C και καταγράφουµε την τιµή του όγκου του ανά 5 ο C. 1. Ο όγκος του αέρα θα αυξάνεται, θα µειώνεται ή θα παραµένει σταθερός; 2. Αν υπάρχει µεταβολή του όγκου, πώς σχετίζεται µε τη µεταβολή της θερµοκρασίας; (Οι υποθέσεις - προβλέψεις σηµειώνονται στο φύλλο αναφοράς της εργαστηριακής άσκησης.) ΟΙ ΣΤΟΧΟΙ 1. Η µελέτη του τρόπου που µεταβάλλεται ο όγκος των αερίων µε τη µεταβολή της θερµοκρασίας. 2. Ο υπολογισµός του συντελεστή διαστολής όγκου των αερίων. ΟΙ ΕΙΣΑΓΩΓΙΚΕΣ ΓΝΩΣΕΙΣ Η µαθηµατική διατύπωση του νόµου της µεταβολής του όγκου των αερίων υπό σταθερή πίεση είναι: V = V ο (1+βΤ C ) Με V o συµβολίζουµε τον όγκο του αερίου σε 0 ο C και µε V τον όγκο σε θερµοκρασία Τ C, η οποία µετράται σε βαθµούς Κελσίου. Το β ονοµάζεται συντελεστής διαστολής όγκου, υπό σταθερή πίεση και έχει την ίδια τιµή για όλα τα αέρια: 1 β = o 273 C Η ΑΣΦΑΛΕΙΑ Χρειάζεται προσοχή για να µη σπάσει η γυάλινη φιάλη και προκληθεί ατύχηµα. Μη βάλετε απότοµα ζεστό νερό στο κρύο γυαλί αλλά ρίξτε πρώτα το νερό βρύσης, όπως λένε οι οδηγίες. Πρέπει να τηρούνται όλοι οι γενικοί κανόνες ασφαλείας του εργαστηρίου που αναφέρονται στην εισαγωγή του εργαστηριακού οδηγού. 24

25 ΤΑ ΟΡΓΑΝΑ, ΟΙ ΣΥΣΚΕΥΕΣ ΚΑΙ ΤΑ ΥΛΙΚΑ ΠΟΥ ΘΑ ΧΡΗΣΙΜΟΠΟΙΗΘΟΥΝ! Σφαιρική φιάλη pyrex 200 ml! Κατσαρόλα! Ένα µικρό θερµόµετρο (ψυγείου)! Πλαστικό πώµα µε οπή! Βραστήρας! Σύριγγα των 60 ml! Ογκοµετρικός σωλήνας! Λεκάνη! Παγάκια! Νερό 25

26 Η ΙΑ ΙΚΑΣΙΑ - ΤΟ ΦΥΛΛΟ ΕΡΓΑΣΙΑΣ 1. Γράψτε στο φύλλο αναφοράς τις προβλέψεις ή τις υποθέσεις σας, που αφορούν στις ερωτήσεις της εργαστηριακής άσκησης. 2. Βάλτε το µικρό θερµόµετρο στη σφαιρική φιάλη. Γεµίστε τη φιάλη µε νερό και κατόπιν κλείστε τη µε το πλαστικό πώµα. Το περίσσευµα νερού θα βγει από την οπή του πώµατος. Ογκοµετρήστε το νερό που έχει αποµείνει στη φιάλη, αδειάζοντάς το µέσα στον ο- γκοµετρικό κύλινδρο. Ο όγκος αυτός θα είναι ίσος µε τον όγκο του αέρα που θα εγκλωβίσουµε στη φιάλη, πριν τοποθετήσουµε τη σύριγγα. Στη συνέχεια σηµειώστε την τιµή του όγκου που βρήκατε στο φύλλο αναφοράς. 3. Βάλτε το µικρό θερµόµετρο στην άδεια πλέον από νερό φιάλη και κλείστε την καλά µε το πλαστικό πώµα. Προσαρµόστε τη σύριγγα στην οπή του πλαστικού πώµατος, φροντίζοντας το έµβολο της σύριγγας να βρίσκεται στα 30 ml περίπου. 4. Τοποθετήστε τη φιάλη στην κατσαρόλα και προσθέστε παγάκια. Μην καλύψετε το θερµό- µετρο για να µπορείτε να το διαβάζετε. Παρατηρείστε το θερµόµετρο. Όταν δείξει 0 ο C, σηµειώστε την ένδειξη του όγκου του θαλάµου της σύριγγας στο φύλλο αναφοράς. 5. Βγάλτε τη φιάλη απ τη κατσαρόλα µε τα παγάκια και τοποθετήστε την στη λεκάνη. Περιλούστε την αρχικά µε νερό βρύσης και κατόπιν µε ζεστό νερό απ το βραστήρα. 6. Μόλις αρχίζει να µετακινείται το έµβολο της σύριγγας καταγράψτε ανά 5 ο C την τιµή της θερµοκρασίας και του όγκου του θαλάµου της σύριγγας στον αντίστοιχο πίνακα του φύλλου αναφοράς. Συµπληρώστε τον πίνακα ανάλυσης και το υπόλοιπο φύλλο αναφοράς της εργαστηριακής άσκησης. ΦΥΛΛΟ ΑΝΑΦΟΡΑΣ ΤΗΣ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΗΣ ΑΣΚΗΣΗΣ ΥΠΟΘΕΣΕΙΣ - ΠΡΟΒΛΕΨΕΙΣ ιατυπώστε τις υποθέσεις ή προβλέψεις που κάνατε. Ε ΟΜΕΝΑ Ο όγκος του νερού που ογκοµετρήσατε είναι : V o = Θερµοκρασία αέρα φιάλης σε ο C Όγκος θαλάµου της σύριγγας σε ml ΠΙΝΑΚΑΣ Ε ΟΜΕΝΩΝ 26

27 ΠΙΝΑΚΑΣ ΑΝΑΛΥΣΗΣ Θερµοκρασία Τ του αέρα σε ο C 0 Συνολικός όγκος V του αέρα (φιάλης και σύριγγας) σε ml Κατασκευάστε το διάγραµµα όγκου θερµοκρασίας. άξονας των y άξονας των x Υπολογίστε την κλίση της ευθείας του διαγράµµατος. Υπολογίστε το συντελεστή κυβικής διαστολής του αέρα. 27

28 ΣΚΟΠΟΣ Γράψτε ποιος ήταν ο σκοπός της εργαστηριακής άσκησης. ΣΥΖΗΤΗΣΗ - ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ - ΓΕΝΙΚΕΥΣΕΙΣ Συναντήσατε δυσκολίες σε κάποιο από τα βήµατα του πειράµατος; NAI OXI Αν ΝΑΙ, σε ποιο ή ποια και πώς τις ξεπεράσατε; Τι συµπέρασµα µπορείτε να βγάλετε για τη σχέση µεταξύ των µεταβολών του όγκου (V-V o ) και των αντίστοιχων µεταβολών της θερµοκρασίας; Εξηγείστε πώς προκύπτει αυτό από τα αποτελέσµατά σας. Επιτύχατε τους σκοπούς του πειράµατος; Γράψτε, αν επαληθεύτηκαν από τα αποτελέσµατα του πειράµατος, οι υποθέσεις ή οι προβλέψεις που κάνατε. 28