Επαλήθευση Νόµων Ιδανικού Αερίου

Μέγεθος: px

Εμφάνιση ξεκινά από τη σελίδα:

Download "Επαλήθευση Νόµων Ιδανικού Αερίου"

Νῶε Βικελίδης
7 χρόνια πριν
Προβολές:

1 Επαλήθευση Νόµων Ιδανικού Αερίου Στοιχεία θεωρίας: για ένα ιδανικό αέριο ισχύει η καταστατική εξίσωση : PV = nrt. Οι νόµοι που θα επαληθευτούν από την πειραµατική διαδικασία προκύπτουν από την καταστατική εξίσωση και είναι οι ακόλουθοι: 1) Ισόθερµη µεταβολή Νόµος Boyle PV = σταθερό ή P = σταθ./v - Για Τ σταθερό 2) Ισόχωρη µεταβολή Νόµος Charles P/T = σταθερό ή P = σταθ. Τ - Για V σταθερό 3) Ισοβαρής µεταβολή Νόµος Gay Lussac V/T = σταθερό ή V = σταθ. Τ Για P σταθερό Απαιτούµενα υλικά: Συσκευή Νόµου Αερίων Ζεστό νερό µέσω βραστήρα ή µικρού γκαζιού Συσκευή Νόµου αερίων: Η συσκευή αποτελείται από τα ακόλουθα εξαρτήµατα:

2 1) Μεταλλικό θάλαµο κυλινδρικού σχήµατος. Ο όγκος του είναι 300 ml και µέσα του εγκλωβίζεται ο αέρας. 2) Μανόµετρο µε κλίµακα από 0 2,5 bar. Στο µανόµετρο προσαρµόζεται ένας σωλήνας που καταλήγει σε στρόφιγγα τριών εισόδων. 3) Ψηφιακό πολύµετρο µε δυνατότητα µέτρησης θερµοκρασίας. 4) Κλίµακα όγκου σε µορφή «χάρακα». 5) Σύριγγα 20 ml. 6) οχείο κυλινδρικού σχήµατος στο οποίο τοποθετείται ο µεταλλικός θάλαµος (1). Στο δοχείο υπάρχει ένα στόµιο στο πάνω µέρος του και ένας σωλήνας στο κάτω µέρος του, ώστε να προσθέτουµε ζεστό νερό από πάνω όταν επιθυµούµε και να αδειάζουµε µέσω του κάτω σωλήνα. Συναρµολόγηση: αρχικά τοποθετούµε στο ψηφιακό πολύµετρο το καλώδιο. Το ένα άκρο του καταλήγει σε δύο µικρά σιδεράκια διαφορετικού πλάτους τα οποία τοποθετούνται στο πολύµετρο µε το µεγάλο να είναι πιο κοντά στην οθόνη. Το άλλο άκρο του καλωδίου τοποθετείται στο µεταλλικό κύλινδρο.

Τοποθετούµε το µεταλλικό κύλινδρο µέσα στο πλαστικό κυλινδρικό δοχείο, προσέχοντας το καλώδιο να περάσει

3 Στη συνέχεια συνδέουµε το άκρο του σωλήνα του µανοµέτρου µε το κυλινδρικό δοχείο και από πάνω συνδέουµε τον άλλο σωλήνα που υπάρχει ελεύθερος. Τοποθετούµε το µεταλλικό κύλινδρο µέσα στο πλαστικό κυλινδρικό δοχείο, προσέχοντας το καλώδιο να περάσει και αυτό µέσα από την εγκοπή του µεταλλικού δοχείου και να µην καταστραφεί. Τέλος συνδέουµε στο πίσω µέρος του µεταλλικού κυλίνδρου τον χάρακα που είναι η κλίµακα όγκου.

Λειτουργία συσκευής: Αύξηση όγκου: για να αυξήσουµε τον όγκο πιέζουµε προς τα κάτω τον µοχλό απελευθέρωσης που υπάρχει στον µεταλλικό κύλινδρο και τραβάµε προς τα πάνω το στέλεχος.

4 Λειτουργία συσκευής: Αύξηση όγκου: για να αυξήσουµε τον όγκο πιέζουµε προς τα κάτω τον µοχλό απελευθέρωσης που υπάρχει στον µεταλλικό κύλινδρο και τραβάµε προς τα πάνω το στέλεχος. Πρώτα όµως γυρίζουµε τις στρόφιγγες µε τέτοιον τρόπο, ώστε να επιτρέπεται η είσοδος αέρα στον θάλαµο. Τραβάω το στέλεχος προς τα πάνω μέχρι το επιθυμητό σημείο. Πιέζω προς τα κάτω και το κρατάω. Μείωση όγκου: για να µειώσουµε τον όγκο πιέζουµε τη χειρολαβή όσες φορές χρειάζεται για να φτάσουνε στον επιθυµητό όγκο. Πρώτα όµως γυρίζουµε τις στρόφιγγες µε τέτοιον τρόπο, ώστε να µην επιτρέπεται η είσοδος αέρα στον θάλαµο. Πιέζω προς τα κάτω όσες φορές χρειάζεται

Στρόφιγγες: οι στρόφιγγες έχουν τρεις εισόδους. Ανάλογα µε τον τρόπο που τις έχουµε τοποθετήσει επιτρέπεται ή όχι να µπει αέρας στον κυλινδρικό θάλαµο.

5 Στρόφιγγες: οι στρόφιγγες έχουν τρεις εισόδους. Ανάλογα µε τον τρόπο που τις έχουµε τοποθετήσει επιτρέπεται ή όχι να µπει αέρας στον κυλινδρικό θάλαµο. Αν επιθυµούµε είσοδο αέρα στον θάλαµο τις τοποθετούµε ως εξής: Ο θάλαμος επικοινωνεί μόνο με το μανόμετρο Αν επιθυµούµε είσοδο αέρα στον θάλαµο τότε τις τοποθετούµε ως εξής:

6 Πειραµατική διαδικασία: Ισόθερµη µεταβολή Νόµος Boyle PV = σταθερό ή P = σταθ./v - Για Τ σταθερό Αρχικά ρυθµίζουµε τις στρόφιγγες µε τέτοιον τρόπο, ώστε να επιτρέπεται η είσοδος αέρα στον θάλαµο. Πιέζουµε προς τα κάτω τον µοχλό απελευθέρωσης που υπάρχει στον µεταλλικό κύλινδρο και τραβάµε προς τα πάνω το στέλεχος. Ανεβάζουµε το στέλεχος µέχρι τον όγκο 300 ml (το στέλεχος έχει µια κόκκινη χαραγή που µας δείχνει σε σύγκριση µε την κλίµακα από πίσω σε ποιόν όγκο έχει φτάσει). Το ανεβάζουμε ως τα 300 ml Κατόπιν γυρίζουµε τις στρόφιγγες έτσι ώστε να µην εισέρχεται αέρας στον θάλαµο, αλλά αυτός να επικοινωνεί µόνο µε το µανόµετρο.

Πιέζουµε τη χειρολαβή και κατεβαίνοντας κάθε 20 ml σηµειώνουµε την ένδειξη του µανόµετρου. Τη διαδικασία την ολοκληρώνουµε όταν φτάσουµε στα 160 ml.

7 Πιέζουµε τη χειρολαβή και κατεβαίνοντας κάθε 20 ml σηµειώνουµε την ένδειξη του µανόµετρου. Τη διαδικασία την ολοκληρώνουµε όταν φτάσουµε στα 160 ml. Σε περίπτωση που η πίεση µειώνεται χωρίς να µεταβάλλουµε τον όγκο καλό θα είναι να στρίβουµε λίγο την κάτω στρόφιγγα ώστε να µην επικοινωνεί το µανόµετρο µε τον θάλαµο και να παραµένει σταθερή η ένδειξή του. Τη γυρίζουμε και σταθεροποιούμε την ένδειξη του μανόμετρου Στη συνέχεια την επαναφέρουµε στην αρχική θέση και πιέζουµε τη χειρολαβή αλλάζοντας τον όγκο. Στη συνέχεια ρίχνουµε ζεστό νερό στο µεταλλικό δοχείο και περιµένουµε να σταθεροποιηθεί η θερµοκρασία του αέρα. Επαναλαµβάνουµε την ίδια διαδικασία. Συµπληρώνουµε τον παρακάτω πίνακα για το κάθε πείραµα χωριστά: Τ = σταθερή V (ml) P (bar) PV/T Έχοντας σηµειώσει και την τιµή της θερµοκρασίας υπολογίζουµε την παράσταση PV/T στην τελευταία στήλη η οποία θα διατηρείται σταθερή (αφού PV/T = nr που είναι σταθερό αφού δεν αλλάζουν τα moles του αέρα). Με τον τρόπο αυτό επιβεβαιώνεται ο νόµος Boyle. Κατόπιν σχεδιάζουµε τις καµπύλες για τις δύο διαφορετικές θερµοκρασίες στους ίδιους άξονες και διαπιστώνουµε ότι όσο µεγαλύτερη είναι η θερµοκρασία τόσο προς τα πάνω µετατοπίζεται η καµπύλη.

8 P T 2 >T 1 T 2 T 1 V

9 Ισόχωρη µεταβολή Νόµος Charles P/T = σταθερό ή P = σταθ. Τ - Για V σταθερό Αρχικά ρυθµίζουµε τις στρόφιγγες µε τέτοιον τρόπο, ώστε να επιτρέπεται η είσοδος αέρα στον θάλαµο. Πιέζουµε προς τα κάτω τον µοχλό απελευθέρωσης που υπάρχει στον µεταλλικό κύλινδρο και τραβάµε προς τα πάνω το στέλεχος. Ανεβάζουµε το στέλεχος µέχρι τον όγκο 200 ml (το στέλεχος έχει µια κόκκινη χαραγή που µας δείχνει σε σύγκριση µε την κλίµακα από πίσω σε ποιόν όγκο έχει φτάσει). Το ανεβάζουμε ως τα 200 ml Κατόπιν γυρίζουµε τις στρόφιγγες έτσι ώστε να µην εισέρχεται αέρας στον θάλαµο, αλλά αυτός να επικοινωνεί µόνο µε το µανόµετρο.

10 Πιέζουµε τη χειρολαβή µέχρι η ένδειξη του µανοµέτρου να γίνει 0,5 bar. Κατόπιν γεµίζουµε τον πλαστικό κύλινδρο µε ζεστό νερό. Περιµένουµε να σταθεροποιηθεί η θερµοκρασία και καταγράφουµε τη νέα ένδειξη του µανοµέτρου. Στη συνέχεια αδειάζουµε λίγο από το ζεστό νερό (ανοίγοντας τη στρόφιγγα που βρίσκεται στο κάτω µέρος του πλαστικού κυλίνδρου) και συµπληρώνουµε µε κρύο νερό. Περιµένουµε πάλι να σταθεροποιηθεί η θερµοκρασία. Στη διαδικασία που προηγήθηκε ο όγκος παρέµεινε σταθερός. Επαναλαµβάνουµε την ίδια διαδικασία για διαφορετική τιµή του όγκου. Ακολουθούµε την ίδια διαδικασία µερικές φορές ακόµα και συµπληρώνουµε τον πίνακα που ακολουθεί: V = σταθερός P (bar) Τ (Κ) PV/T θ ο C Έχοντας σηµειώσει και τη σταθερή τιµή του όγκου υπολογίζουµε την παράσταση PV/T στην τελευταία στήλη η οποία θα διατηρείται σταθερή (αφού PV/T = nr που είναι σταθερό αφού δεν αλλάζουν τα moles του αέρα). Με τον τρόπο αυτό επιβεβαιώνεται ο νόµος Charles. Κατόπιν σχεδιάζουµε τις καµπύλες για τους δύο διαφορετικούς όγκους στους ίδιους άξονες και διαπιστώνουµε ότι όσο µεγαλύτερος είναι ο όγκος τόσο προς τα κάτω µετατοπίζεται η καµπύλη. P V 1 V 2 >V 1 V 2 T

Πιέζουµε προς τα κάτω τον µοχλό απελευθέρωσης που υπάρχει στον µεταλλικό κύλινδρο και τραβάµε προς τα πάνω το στέλεχος.

11 Ισοβαρής µεταβολή Νόµος Gay Lussac V/T = σταθερό ή V = σταθ. Τ Για P σταθερό Αρχικά ρυθµίζουµε τις στρόφιγγες µε τέτοιον τρόπο, ώστε να επιτρέπεται η είσοδος αέρα στον θάλαµο. Πιέζουµε προς τα κάτω τον µοχλό απελευθέρωσης που υπάρχει στον µεταλλικό κύλινδρο και τραβάµε προς τα πάνω το στέλεχος. Ανεβάζουµε το στέλεχος µέχρι τον όγκο 200 ml (το στέλεχος έχει µια κόκκινη χαραγή που µας δείχνει σε σύγκριση µε την κλίµακα από πίσω σε ποιόν όγκο έχει φτάσει). Το ανεβάζουμε ως τα 200 ml Κατόπιν γυρίζουµε τις στρόφιγγες έτσι ώστε να µην εισέρχεται αέρας στον θάλαµο, αλλά αυτός να επικοινωνεί µόνο µε το µανόµετρο.

12 Πιέζουµε τη χειρολαβή µέχρι η ένδειξη του µανοµέτρου να γίνει 0,7 bar. Κατόπιν γεµίζουµε τον πλαστικό κύλινδρο µε ζεστό νερό. Περιµένουµε να σταθεροποιηθεί η θερµοκρασία και καταγράφουµε τη νέα ένδειξη του µανοµέτρου. Στη συνέχεια αδειάζουµε λίγο από το ζεστό νερό (ανοίγοντας τη στρόφιγγα που βρίσκεται στο κάτω µέρος του πλαστικού κυλίνδρου) και συµπληρώνουµε µε κρύο νερό. Περιµένουµε πάλι να σταθεροποιηθεί η θερµοκρασία. Κατά την προσθήκη κρύου νερού όµως η πίεση µειώνεται. Κάθε φορά λοιπόν πιέζουµε τη χειρολαβή έτσι ώστε να µειωθεί ο όγκος και να αυξάνεται η πίεση µέχρι την προηγούµενη τιµή της, διατηρώντας την έτσι σταθερή. ιατηρώντας λοιπόν σταθερή την πίεση καταγράφουµε τις τιµές του όγκου και της θερµοκρασίας κάθε φορά. Επαναλαµβάνουµε την ίδια διαδικασία για διαφορετική τιµή της πίεσης. Ακολουθούµε την ίδια διαδικασία µερικές φορές ακόµα και συµπληρώνουµε τον πίνακα που ακολουθεί: P = σταθερή V (ml) Τ (Κ) PV/T θ ο C Έχοντας σηµειώσει και τη σταθερή τιµή της πίεσης υπολογίζουµε την παράσταση PV/T στην τελευταία στήλη η οποία θα διατηρείται σταθερή (αφού PV/T = nr που είναι σταθερό αφού δεν αλλάζουν τα moles του αέρα). Με τον τρόπο αυτό επιβεβαιώνεται ο νόµος Gay Lussac. Κατόπιν σχεδιάζουµε τις καµπύλες για τις δύο διαφορετικές πιέσεις στους ίδιους άξονες και διαπιστώνουµε ότι όσο µεγαλύτερη είναι η πίεση τόσο προς τα πάνω µετατοπίζεται η καµπύλη.

13 V P 1 P 2 >P 1 P 1 T

Σχετικά έγγραφα

Εργαστηριακή άσκηση 1: ΕΠΑΛΗΘΕΥΣΗ ΤΩΝ ΝΟΜΩΝ ΤΩΝ Ι ΑΝΙΚΩΝ ΑΕΡΙΩΝ

ΦΥΣΙΚΗ Β ΛΥΚΕΙΟΥ ΠΡΟΣΑΝΑΤΟΛΙΣΜΟΥ Εργαστηριακή άσκηση 1: ΕΠΑΛΗΘΕΥΣΗ ΤΩΝ ΝΟΜΩΝ ΤΩΝ Ι ΑΝΙΚΩΝ ΑΕΡΙΩΝ Τροποποίηση της διαδικασίας η οποία περιγράφεται στον εργαστηριακό οδηγό (Βαγγέλης ηµητριάδης, 4 ο ΓΕΛ Ζωγράφου)