2. ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΗ ΔΙΑΤΑΞΗ

Transcript

1 2 Πειραματικό Γενικό Λύκειο Αθηνών Κλεομένης Σαλαπάτας Επιστημονική Αναφορά Για Τον Νόμο του Charles 1. ΥΠΟΘΕΣΗ Η ακόλουθη πειραματική διαδικασία που διεξήχθη βασίζεται σε ένας από τους νόμους των αερίων και συγκεκριμένα σε αυτόν της ισόχωρης μεταβολής ή αλλιώς στον Νόμο του Charles. Σύμφωνα με αυτόν, η πίεση ορισμένης ποσότητας ιδανικού αερίου του οποίου ο όγκος διατηρείτε σταθερός είναι ανάλογη με την απόλυτη θερμοκρασία του αερίου. Η μαθηματική διατύπωση είναι : P/T = σταθερό για V=σταθερό Στο πείραμα επιθυμούμε την επιβεβαίωση του, δηλαδή για τις διάφορες τιμές της πίεσης και τις αντίστοιχες τις απόλυτης θερμοκρασίας το πηλίκο P/T = σταθερό 2. ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΗ ΔΙΑΤΑΞΗ Η πειραματική διαδικασία βασίζεται στις εξής συσκευές: 1. Ψηφιακό πολύμετρο 2. Μανόμετρο 3. Πλαστικό κυλινδρικό δοχείο 4. Χάρακας(μέτρηση όγκου) 5. Μεταλλικός κύλινδρος που περιέχει το αέριο 6. Εργαστηριακά βοηθήματα (σκεύη κ.α.)

2 3. ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΗ ΔΙΑΔΙΚΑΣΙΑ Μετά τη συναρμολόγηση της συσκευής ρυθμίσαμε τον όγκο του αεριού που υπάρχει στο μεταλλικό κύλινδρο να είναι στα 132 ml και κατόπιν γυρίσαμε τις στρόφιγγες ώστε να μην μεταβάλλεται κατά τη διάρκεια του πειράματος αλλά να επικοινωνεί μόνο με το μανόμετρο Έπειτα ρυθμίσαμε τη πίεση του αερίου στα 0,5 bar και θερμάναμε το αέριο γεμίζοντας με καυτό νερό τον πλαστικό κύλινδρο που περιέβαλλε το δοχείο του αερίου Αφού περιμέναμε να σταθεροποιηθεί η θερμοκρασία καταγράψαμε την νέα ένδειξη του μανομέτρου Στη συνέχεια αδειάσαμε λίγο από το ζεστό νερό και προσθέσαμε με κρύο με αποτέλεσμα τη μείωση της θερμοκρασίας του αερίου,όπως και της πίεσης και σημειώσαμε τις τιμές της Την ίδια διαδικασία πραγματοποιήσαμε 4 φορές καταγράφοντας τις διάφορες τιμές της πίεσης για τις διάφορες τιμές τις θερμοκρασίας Κατασκευάσαμε τον ακόλουθο πίνακα μετρήσεων

3 4. ΜΕΤΡΗΣΕΙΣ P(bar) Ptot (Pa) V(ml) V(m3) T(oC) T(K) PV/T nr n 0, , ,07 0,07 0,01 0, , ,07 0,07 0,01 0, , ,07 0,07 0,01 0, , ,07 0,07 0,01 0, , ,07 0,07 0,01 Όπου : P(bar) η πίεση του αερίου σε bar Ptot (Pa) η ολική/πραγματική πίεση σε pascal V(ml) ο όγκος του αερίου σε ml V(m3) o όγκος του αερίου σε κυβικά μέτρα T(C) η θερμοκρασία του αερίου μετρημένη σε βαθμούς Κελσίου T(K) η απόλυτη θερμοκρασία του αερίου ( Κέλβιν) PV/T το πηλίκο της πίεσης επί του όγκο προς την απόλυτη θερμοκρασία του αερίου nr το γινόμενο του αριθμού των moles του αερίου επί τη σταθερά των ιδανικών αερίων σε J/mol * K

4 5. ΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑ ΜΕΤΡΗΣΕΩΝ Γραφική παράσταση P=f(T) Όπου P μετρημένο σε Pascal και T σε κέλβιν P Οι κόκκινες κουκκίδες αντιστοιχούν στις τιμές της πίεση που βρήκαμε στη πειραματική διαδικασία για τις αντίστοιχες θερμοκρασίες Η κλίση(slope) της ευθείας δηλώνει το πηλίκο P/T Τ

5 6. ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ Από την επεξεργασία των μετρήσεών μας (γραφική παράσταση) διακρίνουμε: Αρχικά τη γραμμικότητά της. Όπως αναφέραμε η κλίση της γραφικής παράστασης εκφράζει το πηλίκο P/T = nr/v=σταθερό που ήταν και η αρχική μας υπόθεσή. Εμφανίζοντας στη γρ.παράσταση ευθεία αποδεικνύουμε την αναλογία Πίεσης- Απόλυτης Θερμοκρασίας στην ισόχωρη μεταβολή. Προφανώς υπάρχουν ορισμένα σφάλματα στις μετρήσεις γι' αυτό και τα σημεία δεν βρίσκονται όλα πάνω στην ευθεία αλλά έχουν μικρές αποκλίσεις. Παρόλα αυτά καταλαβαίνουμε ότι η πειραματική διαδικασία ήταν πετυχημένη από τη σταθερή τιμή των moles ( 0,07- δύο δεκαδικά ψηφία). Μάλιστα παρατηρούμε ότι το mol είναι σχετικά μεγάλη μονάδα μέτρησης διαψεύδοντας την εντύπωση που μας έχει δημιουργηθεί από τις σχολικές ασκήσεις. Πηγές σφαλμάτων Μικρή ακρίβεια στα όργανα του εργαστηρίου Το μανόμετρο καθώς και το εργαλείο ογκομέτρησης (χάρακας) δεν ήταν ψηφιακά και οι ενδείξεις τους είχαν μικρή ακρίβεια ή άφηναν περιθώρια λάθους στην μελέτη τους Το πείραμα έγινε με πραγματικά αέρια όπου οι νόμοι των αερίων έχουν αποκλείσεις Απειρία των μαθητών στις εργαστηριακές ασκήσεις Η επιλογή μικρής διακύμανσης στις θερμοκρασίες κυρίως εξαιτίας του περιορισμένου χρόνου Προβλήματα στα όργανα π.χ. Ο χάρακας δεν ήταν σταθερός ούτε τελείως κάθετος και επομένως η μέτρηση του όγκου ήταν σε κάποιο βαθμό λανθασμένη Μικρός αριθμός μετρήσεων των καταστάσεων πίεσης-θερμοκρασίας (5)

6 7.ΠΡΟΤΕΙΝΟΜΕΝΕΣ ΒΕΛΤΙΩΣΕΙΣ Αφιέρωση περισσότερου χρόνου στο πείραμα. Έτσι θα είχαμε τη δυνατότητα να κάνουμε περισσότερες μετρήσεις μειώνοντας τη πιθανότητα σφάλματος. Επίσης θα ήταν επιθυμητή η έναρξη των μετρήσεων από υψηλότερες θερμοκρασίες ώστε να η διαφορά της πίεσης να ήταν πιο ευδιάκριτη Επισκευή ή αγορά καλύτερων εργαστηριακών εργαλείων