2 ο ΠΡΟΤΥΠΟ ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΟ ΣΧΟΛΙΚΟ ΕΤΟΣ 2011/12 ΓΕΝΙΚΟ ΛΥΚΕΙΟ ΑΘΗΝΩΝ ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΗ ΕΠΑΛΗΘΕΥΣΗ ΤΟΥ ΝΟΜΟΥ ΤΟΥ BOYLE

2 ο ΠΡΟΤΥΠΟ ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΟ ΣΧΟΛΙΚΟ ΕΤΟΣ 2011/12 ΓΕΝΙΚΟ ΛΥΚΕΙΟ ΑΘΗΝΩΝ ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΗ ΕΠΑΛΗΘΕΥΣΗ ΤΟΥ ΝΟΜΟΥ ΤΟΥ BOYLE ΑΓΓΕΛΙΔΑΚΗ ΔΑΝΑΗ ΔΗΜΗΤΡΑ ΤΜΗΜΑ Β2α ΥΠΕΥΘΥΝΗ ΚΑΘΗΓΗΤΡΙΑ Κα ΑΓΑΛΟΠΟΥΛΟΥ

I. ΓΕΝΙΚΑ ΓΙΑ ΤΟΝ ΝΟΜΟ ΤΟΥ BOYLE Η κατάσταση στην οποία βρίσκεται ένα αέριο περιγράφεται µακροσκοπικά από την πίεση, τον όγκο και τη θερµοκρασία του. Οι σχέσεις που συνδέουν τα µεγέθη αυτά προσδιορίστηκαν πειραµατικά και αποτελούν τους νόµους των αερίων. Ο Νόµος του Boyle είναι ένας από τους τρεις νόµους των αερίων. Πήρε το όνοµά του αρχικά από τον Ιρλανδό φυσικό φιλόσοφο Robert Boyle, που πρώτος τον διατύπωσε το 1662, στο βιβλίο A Defence of the Doctrine Touching the Spring and the Weight of air. Σύµφωνα µε αυτό το νόµο: Ο όγκος ενός αερίου είναι αντιστρόφως ανάλογος της ϖίεσης αυτού, σε σταθερή θερµοκρασία. Αν λοιπόν είναι P1 η αρχική πίεση του αερίου, V1 ο αρχικός όγκος του και T η σταθερή θερµοκρασία του και προκληθεί µεταβολή της πίεσης και του όγκου του σε P2 και V2 κατά τρόπο που η θερµοκρασία µείνει αµετάβλητη, τότε µεταξύ των παραπάνω στοιχείων του αερίου θα ισχύει η µαθηµατική σχέση: ηλαδή για T=σταθερό, PV=σταθερό P1V1=P2V2 Το 1676 ο Γάλλος Edme Mariotte εξέφρασε σε µία πραγµατεία του µε τίτλο De la Natura de l Air τη σχέση µεταξύ πίεσης όγκου χωρίς καµία αναφορά στον Boyle. Παρόλο που πολλοί υπαινίσσονται πως ο Mariotte δεν ήταν εντελώς απληροφόρητος για τον νόµο του, στη Γαλλία και σε άλλες Ευρωπαϊκές χώρες είναι γνωστός ως νόµος Mariotte.

II. Η ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΗ ΔΙΑΔΙΚΑΣΙΑ Η συσκευή GLA01 συναρµολογηµένη πλήρως Χρησιµοποιήσαµε για την εκτέλεση του πειράµατος τη συσκευή αερίων GLA01. Μετά τη συναρµολόγηση της συσκευής και πριν ξεκινήσουµε την πειραµατική διαδικασία εισαγάγαµε νερό από τη βρύση του εργαστηρίου στο υδρόλουτρο. Η θερµοκρασία του αερίου στον κυλινδρικό θάλαµο έπρεπε να διατηρηθεί σταθερή καθ όλη τη διάρκεια του πειράµατος, για αυτό και δεν κάναµε αλλαγές στο νερό. Αρχικά, λοιπόν, γυρίσαµε τις στρόφιγγες σε τέτοια θέση ώστε να επιτρέπεται η εισαγωγή αέρα στον κυλινδρικό θάλαµο. Στη συνέχεια, πιέζοντας τον µοχλό απελευθέρωσης του στελέχους, τραβήξαµε το στέλεχος µέχρις ότου η χαραγή του συµπέσει µε την ένδειξη 300 ml στην κλίµακα πίσω από αυτό. Γυρίσαµε έπειτα την κάτω στρόφιγγα έτσι ώστε ο χώρος του θαλάµου να επικοινωνεί µόνο µε το µανόµετρο. Τέλος, πιέζοντας τον µοχλό κατεβάσαµε το έµβολο στα 280 ml και σηµειώσαµε την ένδειξη του µανόµετρου. Συνεχίσαµε επαναλαµβάνοντας την ίδια διαδικασία µέχρι ο όγκος του αερίου να φτάσει στα 160 ml, µειώνοντας τον κατά 20 ml κάθε φορά. Οι τρίοδοι στρόφιγγες Ο κυλινδρικός θάλαµος µε το στέλεχος και τον µοχλό που κινεί το έµβολο (πριν την τοποθέτηση στο υδατόλουτρο) Το υδατόλουτρο πριν από τη συναρµολόγηση

III. ΠΙΝΑΚΑΣ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΩΝ ΠΕΙΡΑΜΑΤΟΣ P(bar) Ptot (Pa) V(ml) V(m3) 1/V T( o C) T(K) PV/T nr n 0 101254 300 0,0003 3333,333 17 290 0,104746 0,104746 0,0126 0,08 109254 280 0,00028 3571,429 17 290 0,105487 0,105487 0,0127 0,16 117254 260 0,00026 3846,154 17 290 0,105124 0,105124 0,0126 0,25 126254 240 0,00024 4166,667 17 290 0,104486 0,104486 0,0126 0,38 139254 220 0,00022 4545,455 17 290 0,105641 0,105641 0,0127 0,52 153254 200 0,0002 5000 17 290 0,105692 0,105692 0,0127 0,66 167254 180 0,00018 5555,556 17 290 0,103813 0,103813 0,0125 0,75 176254 160 0,00016 6250 17 290 0,097244 0,097244 0,0117 average: 0,0125 Σηµείωση: Οι αρχικές µετρήσεις των P, V, T έγιναν σε bar, ml και ο C αντίστοιχα. Όλες οι υϖόλοιϖες τιµές αυτών και των άλλων µεγεθών ϖροέκυψαν αϖό την εϖεξεργασία των αϖοτελεσµάτων. IV. ΓΡΑΦΙΚΗ ΠΑΡΑΣΤΑΣΗ ΤΟΥ ΝΟΜΟΥ ΣΕ ΔΙΑΓΡΑΜΜΑ P-V Σηµείωση: Το διάγραµµα είναι βασίστηκε στα αϖοτελέσµατα του ϖειράµατός µας. Η ϖίεση είναι η ολική (εµβόλου +ατµοσφαιρική) σε Pa ενώ ο όγκος είναι σε m 3.

V. ΓΡΑΦΙΚΗ ΠΑΡΑΣΤΑΣΗ ΤΟΥ ΝΟΜΟΥ ΣΕ ΔΙΑΓΡΑΜΜΑ P-1/V Σηµείωση: Η ϖίεση είναι η ολική σε Pa, ενώ ο όγκος είναι σε m 3. Το διάγραµµα βασίστηκε στα αϖοτελέσµατα του ϖειράµατός µας. Παρατηρήσεις: Καταρχάς, βλέπουµε πως τα αποτελέσµατα των µετρήσεων δεν είναι απολύτως γραµµικά, που σηµαίνει πως υπήρξαν σφάλµατα µέτρησης. Στη συνέχεια παρατηρούµε πως η εφαπτοµένη της πειραµατικής καµπύλης είναι εφω= P:1/V=PV. Αν λοιπόν διαιρέσουµε την τιµή της εφαπτοµένης διά RT, που είναι σταθερό γινόµενο, µπορούµε να υπολογίσουµε τον αριθµό n των moles του αερίου (από την καταστατική εξίσωση των ιδανικών αερίων έχουµε ότι PV=nRT). VI. ΠΙΘΑΝΑ ΣΦΑΛΜΑΤΑ ΜΕΤΡΗΣΗΣ Ο νόµος του Boyle επαληθεύεται από το πείραµα, δηλαδή επιβεβαιώνεται πως η πίεση είναι αντιστρόφως ανάλογη του όγκου όταν η θερµοκρασία παραµένει σταθερή. Αυτό φαίνεται και από το διάγραµµα P-V που βασίζεται στα αποτελέσµατα του πειράµατος. Τυχόν αποκλίσεις µπορεί να οφείλονται σε συστηµατικά σφάλµατα λόγω της συσκευής που χρησιµοποιήσαµε ή σε δικά µας λάθη κατά τη διάρκεια του πειράµατος. Ίσως η µείωση του όγκου κατά 20 ml να µην ήταν πάντα απολύτως ακριβής. Γνωρίζουµε πάντως πως η θερµοκρασία του αερίου δεν µεταβλήθηκε, καθώς την ελέγχαµε διαρκώς. Επίσης, στα αίτια των σφαλµάτων περιλαµβάνεται και η σχετικά µικρή εµπειρία µας στο εργαστήριο, καθώς και η αίσθηση ανασφάλειας που προέκυψε από αυτήν.

VII. ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ Πηγές κειµένου i) http://www.scribd.com/doc/41044006/%ce%95%ce%b3% %CF%87%CE%B5 %CE%B9%CF%81%CE%AF%CE%B4%CE%B9%CE%BF- %CE%A3%CF%85%CF%83%CE%BA%CE%B5%CF%85%CE%AE%CF %82-%CE%9D%CF%8C%CE%BC%CE%BF%CF%85- %CE%99%CE%B4%CE%B1%CE%BD%CE%B9%CE%BA%CF%8E%CE %BD-%CE%91%CE%B5%CF%81%CE%AF%CF%89%CE%BD-GLA01 ii) http://www.scribd.com/doc/4092531/- iii) http://el.wikipedia.org/wiki/%ce%9d%cf%8c%ce%bc%ce%bf%cf%82 _%CF%84%CE%BF%CF%85_%CE%9C%CF%80%CF%8C%CE%B9%CE %BB iv) Βιβλίο Φυσικής Θετικής και Τεχνολογικής κατεύθυνσης, Β τάξης Γενικού Λυκείου Πηγές εικόνων i) http://www.scribd.com/doc/41044006/%ce%95%ce%b3% %CF%87%CE%B5 %CE%B9%CF%81%CE%AF%CE%B4%CE%B9%CE%BF- %CE%A3%CF%85%CF%83%CE%BA%CE%B5%CF%85%CE%AE%CF %82-%CE%9D%CF%8C%CE%BC%CE%BF%CF%85- %CE%99%CE%B4%CE%B1%CE%BD%CE%B9%CE%BA%CF%8E%CE %BD-%CE%91%CE%B5%CF%81%CE%AF%CF%89%CE%BD-GLA01 ii) http://gkatsikogiorgos.blogspot.com/2010/11/robert-boyle.html iii) http://www.bbk.ac.uk/boyle/