Błażej Predko 23.05.2007

Wydział WIP - Tril.

Rok 1, gr. 3

DOŚWIADCZENIE C07

Celem doświadczenia jest sprawdzenie prawa Boyle'a. Badać będę związek między ciśnieniem a objętością próbki powietrza w stałej temperaturze.

W celu opisania przemian jakim podlegają gazy wprowadzone zostało pojęcie gazu doskonałego. Gaz doskonały jest to taki gaz, którego cząsteczki nie oddziaływają między sobą. Jest on przybliżeniem gazu rzeczywistego, w którym zaniedbane zostały oddziaływania na odległość między cząstkami i związana z nimi energia potencjalna. Cząsteczki gazu doskonałego traktuje się jako bardzo małe, doskonale sprężyste kulki, które doznają zderzeń między sobą i ściankami naczynia. Energia wewnętrzna gazu doskonałego wynika jedynie z energii kinetycznej cząsteczek, która zależy tylko od temperatury. W warunkach pokojowych gazy rzeczywiste dobrze spełniają przybliżenie gazu doskonałego, a odstępstwa od tej idealizacji obserwuje się przy zwiększonym ciśnieniu lub w niskich temperaturach.

Stan gazu jako substancji opisuje się podając 3 wielkości fizyczne: p - ciśnienie, V - objętość oraz T - temperaturę. Związek między tymi wielkościami przedstawia się następująco:

(p ⋅ V)/T= const.

Równanie Clapeyrona: pV=nRT

Jest to równanie stanu gazu doskonałego dla n moli.

n=m/μ

m- masa gazu

μ- masa cząsteczkowa

Z ogólnego równania stanu gazu wynikają szczególne zależności pomiędzy dwiema z trzech wielkości, gdy jedna z nich jest stała. Zależności te znane są jako prawa przemian gazowych.

Przemiana izotermiczna.

W przemianie tej temperatura gazu jest wielkością stałą, więc iloczyn ciśnienia danej masy gazu i jego objętości także jest stały.

T=const. ⇒ pV=const.

Związek ten nosi nazwę prawa Boyle'a i Mariotte'a. Wynika z niego, że dla gazu doskonałego w stałej temperaturze ciśnienie gazu jest odwrotnie proporcjonalne do jego objętości.

Wykres przemiany izotermicznej to izoterma.

Do wykonania doświadczenia C07 potrzebne są: Interfejs Science Workshop 300, czujnik ciśnienia, strzykawka o objętości 20 ml. Przed przystąpieniem do pomiaru należy uruchomić program komputerowy Science Workshop i podłączyć strzykawkę do czujnika ciśnienia. Początkową objętość powietrza w strzykawce ustawiam na 20 ml. Następnie zmniejszam ją kolejno o 2 ml aż do objętości 10 ml.

Wynik doświadczenia przedstawia tabela i wykres.

V [ml ]	1/V [ml^-1 ]	p [kPa ]	p [kPa ⋅ ml ]
20	0,050	99,612	1992,240
18	0,056	111,820	2012,760
16	0,062	125,492	2007,872
14	0,071	141,606	1982,484
12	0,083	162,603	1951,236
10	0,100	189,947	1899,470

Analizując tabelę i wykres zauważyć można, że iloczyn ciśnienia i objętości jest stały w stałej temperaturze. Świadczy to o słuszności prawa Boyle'a i Mariotte'a.

DOŚWIADCZENIE C09

Celem tego doświadczenia jest zbadanie przemiany izochorycznej.

W przemianie tej objętość gazu jest stała. Przy stałej masie gazu i stałej objętości iloraz ciśnienia i temperatury jest wielkością stałą.

V=const. ⇒ p/T=const.

Zależność ta nosi nazwę prawa Charlesa.

Wykres przemiany izochorycznej to izochora.

Do wykonania tego doświadczenia potrzebne są: Interfejs Science Workshop 300, czujnik ciśnienia, czujnik temperatury oraz garnek elektryczny. Układ pomiarowy stanowi miedziany zbiornik z powietrzem w kształcie wężownicy, w którego wylotach umieszczone są czujniki ciśnienia i temperatury. Całość umieszczona jest w kąpieli wodnej w elektrycznym garnku. Przed rozpoczęciem pomiaru należy uruchomić program komputerowy Science Workshop, nalać wody do garnka do poziomu zakrywającego wężownicę i podłączyć go do prądu. Pomiar wykonywany jest z częstotliwością 1 pomiaru na sekundę.

Woda w garnku nagrzewać się będzie do temperatury 95°C. Mierzone dane (temperatura i ciśnienie) zebrane są w tabeli. Zmiany temperatury pociągają za sobą zmiany ciśnienia.

t[°C]	24,903	24,903	25,245	25,733	26,612	27,735	29,151	30,811
p[kPa]	99,124	99,612	100,101	100,101	100,589	101,077	101,077	102,542
t[°C]	32,172	35,108	37,257	39,650	42,286	45,070	47,902	50,734
p[°C]	103,030	104,007	104,984	105,960	106,449	107,425	108,402	109,378
t[kPa]	53,859	56,984	59,963	63,088	65,676	68,361	70,705	72,805
p[kPa]	109,867	110,843	111,820	112,796	113,285	113,773	114,750	115,238
t[°C]	74,953	77,200	79,250	81,497	83,694	85,891	87,991	90,139
p[kPa]	115,724	115,214	116,703	116,703	117,679	118,168	118,656	119,144

Na podstawie otrzymanego wykresu, którego ogólny wzór to p=a₁+a₂t, wyznaczam temperaturę zera bezwzględnego. Obliczyłam ją według wzoru t₀ = -a₁/a₂.

T_O=

Wykonane doświadczenie potwierdza słuszność prawa Charlesa, które mówi o tym, że iloraz ciśnienia i temperatury jest stały.

---