Νομός του Boyle (ισόθερμη μεταβολή)

Transcript

1 2 ο Πρότυπο Πειραματικό ΓΕΛ Αθηνών Τμήμα Μάθημα : Β2β θετική : Φυσική Κατεύθυνσης Μαθήτρια : Ελένη Σέρβου Θέμα : Νομός του Boyle (ισόθερμη μεταβολή)

2 1.Υπόθεση : Η μεταβολή, κατά τη διάρκεια της οποίας η θερμοκρασία μιας συγκεκριμένης ποσότητας αερίου παραμένει σταθερή, ονομάζεται ισόθερμη μεταβολή. Σε μια ισόθερμη μεταβολή ισχύει ο νόμος του boyle που διατυπώνεται ως εξής: Η πίεση του αερίου είναι αντιστρόφως ανάλογη από τον όγκο του αερίου που καταλαμβάνει όταν κατά την διάκια της μεταβολής η θερμοκρασία δεν μεταβάλλεται. Δηλαδή: PV= σταθ. Όταν T= σταθ. Όπου: P: Πίεση, V: Όγκος, T: απόλυτη θερμοκρασία 2.Πειραματική Διάταξη: Οι συσκευές και τα όργανα που χρησιμοποιήθηκαν κατά την πειραματική διαδικασία είναι τα εξής: 1) Ψηφιακό πολύμετρο 2) Μεταλλικός κύλινδρος 3) Πλαστικό κυλινδρικό δοχείο 4) Χάρακας για τη μέτρηση του όγκου 5) Μανόμετρο με κλίμακα 0-25 bar. 6) Καλώδιο για την σύνδεση του πολύμετρου Για την επεξεργασία των δεδομένων χρησιμοποιήθηκαν τα εξής λογισμικά: 1) Microsoft Excel 2) Logger pro plus Συναρμολόγηση συσκευής: 1)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 ποιο κοντά στη οθόνη. Το άλλο άκρο του καλωδίου τοποθετείται στο μεταλλικό κύλινδρο. 2)Συνδέουμε το άκρο του σωλήνα του μανομέτρου με το κυλινδρικό δοχείο και από πάνω συνδέουμε τον άλλο σωλήνα που υπάρχει ελεύθερος. Τοποθετούμε το

3 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 3) 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. Πρώτα όμως γυρίζουμε τις στρόφιγγες με τέτοιον τρόπο, ώστε να επιτρέπεται η είσοδος αέρα στον θάλαμο. 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. Στρόφιγγες: οι στρόφιγγες έχουν τρεις εισόδους. Ανάλογα με τον τρόπο που τις έχουμε τοποθετήσει επιτρέπεται ή όχι να μπει αέρας στον κυλινδρικό θάλαμο. 3.Πειραματική διαδικασία: Ρυθμίζουμε τις στρόφιγγες με τέτοιο τρόπο, ώστε να επιτρέπεται η είσοδος αέρα στον θάλαμο. Πιέζουμε προς τα κάτω των μοχλό απελευθέρωσης που υπάρχει στον μεταλλικό κύλινδρο και τραβάμε προς τα πάνω το στέλεχος. Ανεβάζουμε το στέλεχος μέχρι των όγκο 280ml ( το στέλεχος έχει μλια κόκινη χαραγή που μα δείχνει σε σύγκριση με την κλίμακα από πίσω σε ποιόν ογκο έχει φτάσει Κατόπιν γυρίζουμε τις στρόφιγγες έτσι ώστε να μην εισέρχεται αέρας στον θάλαμο, αλλά αυτός να επικοινωνεί μόνο με το μανόμετρο. Πιέζουμε την χειρολαβή και κατεβαίνοντας κάθε 20 ml σημειώνουμε την ένδειξη του μανόμετρου. Την διαδικασία την ολοκληρώνουμε όταν φτάσουμε στο 160ml. Σε περίπτωση που η πίεση μειώνεται χωρίς να μεταβάλουμε τον όγκο θα πρέπει να στρίβουμε λίγο την κάτω στρόφιγγα ώστε να μην επικοινωνεί το μανόμετρο με τον θάλαμο και να παραμένει σταθερή η ένδειξή του. Επαναφέρουμε στην αρχική θέση και πιέζουμε τη χειρολαβή αλλάζοντας τον όγκο.

4 Το ψηφιακό θερμόμετρο καταγράφει τη θερμοκρασία την οποία πρέπει να μετατρέψουμε σε Kelvin και να καταγράψουμε. Μετρήσεις: Στον παρακάτω πίνακα φαίνονται οι μετρήσεις και οι υπολογισμοί μετά το τέλος του πειράματος. bar Pa atm=101325pa R=8,314 j/mol K P(bar) P tot (Pa) V(ml) V(m 3 ) 1/V T( o C) T(K) PV/T nr n 0, , , , , ,0139 0, , , , , ,0140 0, , , , , ,0138 0, , , , , ,0137 0, , , , , ,0138 0, , , , , ,0136 1, , , , ,0133 Όπου: P: πίεση, V: όγκος,t: θερμοκρασία,n: ποσότητα ουσίας (mol),r: παγκόσμια σταθερά των αερίων. 5. Επεξεργασία μετρήσεων Στα παρακάτω διαγράματα P-V και P-1/V εμφανίζονται οι παραπάνω πειραματικές τιμές.

5

6 6.Συμπεράσματα Συζήτηση Από την γραφική παράσταση της συνάρτησης πίεσης όγκου(p-v) επιβεβαιώνεται η αρχική μας υπόθεση ότι δηλαδή στην ισόθερμη μεταβολή η πίεση του αερίου είναι αντιστρόφως ανάλογη από τον όγκο του αερίου που καταλαμβάνει. Αφού, η γραφική παράσταση έχει την μορφή y=α/x δηλαδή υπερβολή.επίσης από την δευτερή γραφική παρασταση P-1/V μας δίνεται η δυνατότητα να υπολογίσουμε την ποσότητα των mol που βρίσκονται μέσα στον μεταλικό θάλαμο. Αυτό μπορεί να επιτευχθεί όταν υπολογίσουμε την κλίση της ευθείας που σχηματίζεται στο διάγραμα 1/V συναρτήσει της πίεσης. Όπως είναι εμφανές υπάρχει μια μικρή απόκλιση στα διαγράματα και αυτή η απόκλιση οφείλεται στα πειραματικά σφάλματα που ενδεχομένος γίνανε. Τα σφάλματα αυτά είναι τα εξής: 1. Οι παράγοντες του περιβάλλοντος που θεωρήθηκαν σταθεροί ενώ δεν ήταν (θερμοκρασια). 2. Ο υπολογισμός του όγκου απαιτούσε απόλυτη ακρίβεια στην ευθυγράμιση του ματιού και υπήρχαν διάφορες απόψεις για μια τιμή μέσα στην ομάδα 3. Η μικρή εμπειρια των μαθητών σε πειράματα αφήνει περιθώριο σφάλματος. Επμένως θα ήταν προτιμότερο, να καταγραφούν περισσότερες πειραματικές τιμές προκειμένου να προέκυπταν ακριβέστερες γραφικές παραστάσεις. ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ: 1. Σχολικό βιβλίο 2. Φύλο εργασίας μαθητών.