LABORATORIUM FIZYKI I			Ćwiczenie nr
Wydział	Grupa	Zespół	Data
Nazwisko i imię:			Przygotowanie
Temat ćwiczenia: Wyznaczanie wielkości Wyznaczanie ciepła parowania wody na podstawie zależności temperatury wrzenia od ciśnienia			Zaliczenie

Podstawy teoretyczne

Wyznaczanie wielkości

Liczba stopni swobody cząsteczki jest to ilość niezależnych parametrów potrzebnych do jednoznacznego określenia położenia danej cząsteczki w przestrzeni. Dla gazów jednoatomowych cząsteczki mają trzy stopnie swobody. Cząsteczki dwuatomowe mają pięć stopni swobody.

Zasada ekwipartycji energii: w stanie równowagi termodynamicznej na każdy stopień swobody cząsteczki przypada średnio ta sama ilość energii kinetycznej równa
.

Molowym ciepłem właściwym
przy stałym parametrze α nazywamy wielkość określającą ile ciepła Q należy dostarczyć jednemu molowi gazu by jego temperatura wzrosła o 1K, a wielkość α nie uległa zmianie.

- ciepło właściwe przy stałym ciśnieniu

- ciepło właściwe przy stałej objętości

Ćwiczenie polegało na wyznaczeniu wielkości χ dla powietrza. W skład powietrza wchodzą głównie gazy dwuatomowe: azot, tlen, dla których
. Stąd możemy obliczyć

Układ pomiarowy

Z - zawór

P - pompa

Wyznaczanie ciepła parowania wody na podstawie zależności temperatury wrzenia od ciśnienia

Układ pomiarowy

Ch - chłodnica

P - pompa

Z1 i Z2 - zawór

M - manometr

T - termometr

Pa - palnik

Za pomocą pompy maksymalnie obniżamy ciśnienie w kolbie. Następnie przy pomocy palnika podgrzewamy kolbę z wodą. Kiedy ciecz zaczęła wrzeć zanotowaliśmy temperaturę i różnicę poziomów rtęci w ramionach manometru. Następnie poprzez otwarcie zaworu Z1 podwyższaliśmy ciśnienie w kolbie i ponownie notowaliśmy otrzymane wartości. Czynności te powtarzaliśmy do momentu wyrównania się ciśnienia w kolbie z ciśnieniem atmosferycznym.

Pomiary, obliczenia i wykresy

Wyznaczanie wielkości

		1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15
	mm	146	270	140	210	220	204	190	212	180	194	216	210	205	190	212
	mm	47	57	30	46	48	50	50	42	45	50	52	52	54	44	43
χ		1,475	1,268	1,273	1,280	1,279	1,325	1,357	1,247	1,333	1,347	1,317	1,329	1,358	1,301	1,254

Wartość χ obliczamy ze wzoru:

Błąd χ jest największym odchyleniem od średniej.

Wyznaczanie ciepła parowania wody na podstawie zależności temperatury wrzenia od ciśnienia

Ciśnienie atmosferyczne wynosiło 757mm słupa rtęci

Ciśnienie w układzie

T	°C	57	64	74	83	87	90	94	97	100	102
T	°K	330	337	347	356	360	363	367	370	373	375
	mm	350	310	275	250	220	190	150	115	80	50
	mm	430	300	275	240	210	180	140	115	76	40
p	hPa	30,429	194,481	273,861	353,241	432,621	512,001	617,841	697,221	795,123	882,441

Wykres temperatura wrzenia T [°K] - ciśnienie p[hPa].

Wykres
.

Wyznaczam molowe ciepło parowania z zależności

Wyznaczam ciepło parowania z zależności

• masa molowa wodoru
  

• masa molowa tlenu
  

• masa molowa wody
  

Ciepło parowania wody:

• wyznaczone dla parametru „a”
  

• wartość tablicowa
  

Wnioski

Wyznaczona doświadczalnie χ mieści się w granicach błędu w wartości tablicowej dla gazów dwuatomowych. W ćwiczeniu mieliśmy doczynienia z powietrzem, a więc mieszaninom tlenu i azotu, dla których χ = 1,4. Wyniki uzyskane w kolejnych doświadczeniach skłaniają do zastanowienia się czy w naszym doświadczeniu nie brały udziału gazy wieloatomowe, dla których χ =1,33.

Z pomiaru zależności temperatury wrzenia wody od ciśnienia wynika, że wraz ze wzrostem ciśnienia następuje wzrost temperatury przy, której woda zaczyna wrzeć. Jest to zgodne z zasadą, że wzrost ciśnienia zewnętrznego prowadzić musi do wzrostu temperatury wrzenia. Ciepło parowania wody wyliczone z danych uzyskanych doświadczalnie znajduje się w granicach błędu w stosunku do wartości zawartej w tablicach. Pomiaru z tej części ćwiczenia nie byliśmy w stanie powtórzyć, gdyż trzeba pewnego czasu na ostygnięcie wody, a ta część ćwiczenia wykonywana była przez nas na końcu.

---