1

UNIWERSYTET ŚLĄSKI W KYTOWICYCH

I PRACOWNIA FIZYCZNA

Ć W I C Z E N I E NR 23

WYZNACZANIE ZALEŻNOŚCI TEMPERATURY

WRZENIA WODY OD CIŚNIENIA

ZAGADNIENIA DO KOLOKWIUM WSTĘPNEGO

1. zmiany stanów skupienia ciał

2. wykres fazowy dla wody P(T)

3. przebieg izoterm dla pary wodnej na wykresie P(V)

4. ciepło parowania,

5. para nasycona i nienasycona

6.

ciśnienie pary nasyconej,

OPIS ĆWICZENIA

Celem ćwiczenia jest zbadanie zależności temperatury wrzenia wody od ciśnienia oraz
obliczenia molowego ciepła parowania wody.


APARATURA (rys.A,B)

1.wakumetr – przyrząd mierzący podciśnienie,

2.pompka wodna,

3.odrzutnik wody,

4.szklana kolba do wrzącej wody,

5.grzejnik elektryczny;

6.termometr

7.autotransformator

2

WZORY, SCHEMATY

Zależność ciśnienia pary nasyconej p

nas

od temperatury dość dokładnie opisuje wzór

Clausiusa – Clapeyrona [2,4,5];

dT

dp

V

V

T

C

par

)

(

0

−

=

1)

gdzie

T

oznacza temperaturę,

C

par

- molowe ciepło parowania,

V

i

V

0

– odpowiednio

objętość molowa pary nasyconej i cieczy.
Ponieważ objętość molowa cieczy jest mała w stosunku do objętości molowej pary to
można przyjąć że:

V

V

V

≅

−

)

(

0

stąd

TV

C

dT

dp

par

=

2)

Traktując w przybliżeniu parę nasyconą jako gaz doskonały, z równania stanu gazu

dla jednego mola wynika, że:

p

RT

V

=

stąd

2

RT

dT

C

p

dp

par

=

Przy założeniu, że molowe ciepło parowania jest stałe w zakresie temperatur od 273K

do 373K po scałkowaniu otrzymujemy ostateczny wzór:

RT

C

par

e

p

p

−

=

0

3)

gdzie

p

jest ciśnieniem pary nasyconej,

T

temperaturą,

C

par

jest molowym ciepłem

parowania,

R

oznacz stałą gazową.

Logarytmując obydwie strony równania otrzymujemy:

3

0

ln

ln

p

RT

C

p

par

nas

+

−

=

4)

WYKONANIE ĆWICZENIA

UWAGA: Wszelkie obserwacje i odczyty przyrządów prowadź poprzez
przezroczystą obudowę ochronną zestawu.

1. Poproś laboranta o napełnienie wodą do połowy kolby szklanej (rys.A-4).

2. Załącz do kontaktu autotransformator zasilający grzejnik elektryczny (rys.A-5) i

nastaw napięcie ok.220V. Po doprowadzeniu wody do stanu wrzenia ustaw

napięcie ok.110V.

3. Zanotuj wskazania termometru.

4. Odkręć delikatnie kran zasilający pompkę wodną i poczekaj aż ustali się stałe

wskazanie wakumetru. Zanotuj wskazania wakumetru

W

i

i termometru

t

i

.

5. Stopniowo, delikatnie odkręcaj kran zasilający pompkę wodną i za każdym razem

postępuj jak w punkcie 4.

6. Po osiągnięciu maksymalnego stanu otwarcia kranu i zanotowaniu wskazań

przyrządów powoli zakręć kran.

7. O ile jest wystarczająco dużo czasu ponownie doprowadź do zagotowania wody w

kolbie szklanej i powtórz czynności wg punktów 3-6.

8. Po zakończeniu pomiarów ustaw autotransformator na 0V i wyłącz go z kontaktu.

9. Odczytaj aktualne ciśnienie atmosferyczne

P

0

panujące w pomieszczeniach

Pracowni.

OBLICZENIA

1. Oblicz ciśnienie

P

i

panujące w kolbie podczas pomiarów temperatury wrzenia (wyraź

wskazania wakumetru i przeprowadź obliczenia w Pascalach).

i

i

W

P

P

−

=

0

2. Wykreśl zależność temperatury wrzenia wody od ciśnienia, czyli zależność

P

i

w funkcji

t

i

.

4

3. Nanieś na nowy wykres wartości

ln

P

i

w funkcji odwrotności temperatury

1/ t

i

. i dopasuj do

nich prostą.

4. Znanymi Ci metodami ustal równanie prostej w postaci

ax+b

. Znając współczynnik

kierunkowy prostej oblicz wartość ciepła parowania ( patrz wzór

5)

):

R

a

C

par

×

−

=

5. Porównaj uzyskaną wartość z danymi tablicowymi i określ niepewność pomiarową

uzyskanej wartości.

6. Wnioski.

LITERATURA

1. H. Szydłowski "Pracownia fizyczna"

2. Sz. Szczeniowski "Fizyka doświadczalna” t.II.

3.

http://www.grc.nasa.gov/WWW/K-12/airplane/atmosi.html

4. W.Bolton „Zarys fizyki” PWN W-wa 1982

5. J.L.Kacperski „I Pracownia Fizyczna” Wyd.UŁ Łódź 1998

5

Rysunek A.

Zestaw pomiarowy

do wyznaczania zależności temperatury wrzenia wody od

ciśnienia.

1.wakumetr, 2.pompka wodna, 3.odrzutnik wody, 4.szklana kolba do wrzącej
wody, 5.grzejnik elektryczny; 6.termometr.

1

2

3

4

5

6

6

Rysunek B

Wakumetr z przykładowo naniesionymi nazwami szczytów wg panujących na

ich poziomie ciśnień atmosferycznych.

Dodatek:

TABELA ZALEŻNOŚCI CIŚNIENIA ATMOSFERYCZNEGO

OD WYSOKOŚCI POŁOŻENIA WYBRANYCH MIAST I SZCZYTÓW

nazwa szczytu / miasta

wysokość n.p.m.

[m]

ciśnienie [hPa]

SEDOM (Sodoma)

-400.00

1068.80

HEL

0.00

1012.92

KATOWICE

277.00

980.15

ŁYSA GÓRA

595.00

943.59

RÓWNICA

883 m

RYSY

2449 m

MT BLANC

4807 m

EVEREST

8848 m

7

RÓWNICA

883.00

911.43

PILSKO

1557.00

839.64

BABIA GÓRA

1725.00

822.48

KASPROWY WIERCH

1987.00

796.29

GÓRA KOŚCIUSZKI (Australia)

2228.00

772.79

RYSY

2449.00

751.74

GERLACH

2655.00

732.54

FUJIYAMA

3776.00

634.89

MOUNT BLANC (Europa)

4807.00

554.65

JAYA (Oceania)

5030.00

538.43

VINSON (Antarktyda)

5140.00

530.57

ARARAT

5165.00

528.80

ELBRUS

5633.00

496.48

KILIMANJARO (Afryka)

5895.00

479.09

MCKINLEY (Ameryka płn.)

6194.00

459.86

ACONCAGUA (Ameryka płd.)

6959.00

413.48

MASHERBRUM

7885.00

362.49

K2

8607.00

326.37

MOUNT EVEREST (Azja)

8848.00

314.98

BALON

10000.00

264.91

BALON

15000.00

120.01

BALON

20000.00

54.55