UNIWERSYTET ÅšL
SKI W KYTOWICYCH
I PRACOWNIA FIZYCZNA
Ć W I C Z E N I E NR 23
WYZNACZANIE ZALEŻNOŚCI TEMPERATURY
WRZENIA WODY OD CIÅšNIENIA
ZAGADNIENIA DO KOLOKWIUM WST
PNEGO
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 wrzÄ…cej wody,
5.grzejnik elektryczny;
6.termometr
7.autotransformator
1
WZORY, SCHEMATY
Zależność ciśnienia pary nasyconej pnas od temperatury dość dokładnie opisuje wzór
Clausiusa  Clapeyrona [2,4,5];
dp
C =T (V -V )
par 0
1)
dT
gdzie T oznacza temperaturę, Cpar - molowe ciepło parowania, V i V0  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 ) E" V
0
stÄ…d
C
dp
par
=
2)
dT TV
Traktując w przybliżeniu parę nasyconą jako gaz doskonały, z równania stanu gazu
dla jednego mola wynika, że:
C dT
dp
RT par
=
V =
2
stÄ…d
p RT
p
Przy założeniu, że molowe ciepło parowania jest stałe w zakresie temperatur od 273K
do 373K po scałkowaniu otrzymujemy ostateczny wzór:
-C
par
RT
p = p e
0
3)
gdzie p jest ciśnieniem pary nasyconej, T temperaturą, Cpar jest molowym ciepłem
parowania, R oznacz stałą gazową.
Logarytmując obydwie strony równania otrzymujemy:
2
- C
par
ln p = + ln p
nas 0
4)
RT
WYKONANIE ĆWICZENIA
UWAGA: Wszelkie obserwacje i odczyty przyrządów prowadz
poprzez
przezroczystÄ… obudowÄ™ ochronnÄ… 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 Wi i termometru ti.
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 doprowadz
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 P0 panujące w pomieszczeniach
Pracowni.
OBLICZENIA
1. Oblicz ciśnienie Pi panujące w kolbie podczas pomiarów temperatury wrzenia (wyraz

wskazania wakumetru i przeprowadz
obliczenia w Pascalach).
Pi = P0-W
i
2. Wykreśl zależność temperatury wrzenia wody od ciśnienia, czyli zależność Pi w funkcji ti.
3
3. Nanieś na nowy wykres wartości ln Pi w funkcji odwrotności temperatury 1/ ti. i dopasuj do
nich prostÄ….
4. Znanymi Ci metodami ustal równanie prostej w postaci ax+b. Znając współczynnik
kierunkowy prostej oblicz wartość ciepła parowania ( patrz wzór 5)):
C = - a × R
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.UA
A
ódz
1998
4
1
6
2
4
5
3
Rysunek A. Zestaw pomiarowy do wyznaczania zależności temperatury wrzenia wody od
ciśnienia.
1.wakumetr, 2.pompka wodna, 3.odrzutnik wody, 4.szklana kolba do wrzÄ…cej
wody, 5.grzejnik elektryczny; 6.termometr.
5
MT BLANC
4807 m
EVEREST
8848 m
RYSY
2449 m
RÓWNICA
883 m
Rysunek B Wakumetr z przykładowo naniesionymi nazwami szczytów wg panujących na
ich poziomie ciśnień atmosferycznych.
Dodatek:
TABELA ZALEŻNOŚCI CIŚNIENIA ATMOSFERYCZNEGO
OD WYSOKOÅšCI POA
OŻENIA WYBRANYCH MIAST I SZCZYTÓW
nazwa szczytu / miasta wysokość n.p.m. ciśnienie [hPa]
[m]
SEDOM (Sodoma) -400.00 1068.80
HEL 0.00 1012.92
KATOWICE 277.00 980.15
A
YSA GÓRA 595.00 943.59
6
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
7