113MOJA, Ochrona Środowiska pliki uczelniane, Fizyka


Przebieg doświadczenia i opracowanie wyników

Wyznaczenie zależności temperatury wrzenia od ciśnienia.Po podłączeniu układu pomiarowego przystąpiliśmy do wykonywania pomiarów oporu.

Korzystając z tabeli cechowania termopary wyrażono uzyskane odczyty woltomierza w kelwinach [K]. Poniższa tabelka zawiera wartości temperatur zależne od ciśnienia. Zależność tą przedstawia dołączony wykres p(T). Seria 1 przedstawia temperaturę wrzenia przy obniżaniu ciśnienia od 2026,05 do 132,72 hPa. Natomiast seria druga przedstawia temperaturę wrzenia przy podwyższaniu ciśnienia od panującego w pracowni 992 hPa do 2173,2 hPa. Ponieważ seria 1 i 2 prawie się pokrywają więc można sądzić, że doświadczenie zostało wykonane prawidłowo.


Ciśnienie

[hPa]

Temperatura

Wrzenia [K]

Seria 1

132,72

63,8

230,82

67

270,06

67,7

279,87

67,9

299,49

68,2

368,16

69,8

387,78

70,1

417,21

70,6

446,64

71,3

485,88

71,7

633,06

74,1

750,75

75,3

799,80

75,5

1368,78

80

1486,5

80,7

1584,6

81,4

1653,27

81,9

1761,18

82,6

1878,9

83,1

1957,38

83,5

2026,05

84

Ciśnienie

[hPa]

Temperatura

Wrzenia [K]

Seria 2

1408,02

80,5

1486,5

80,9

1564,98

81,4

1682,7

81,9

1780,8

82,4

1879,9

83,1

2026,05

83,8

2153,58

84,5

2173,2

84,7


Ciśnienie zmienialiśmy co 0,1 kG/cm2 otrzymane wyniki w [hPa] znajdują się w tabelce Zależność między jednostkami ciśnień :

1[kG/cm2] = 981[hPa]

Ciśnienie atmosferyczne panujące w pracowni odczytaliśmy jako 996 [hPa]

Rachunek błędów

Ciśnienie odczytywaliśmy na manometrze mechanicznym, którego błąd przyjeliśmy z dokładnością do jego podziałki tj. ± 0,1 kG/cm2 . Jak wspomnialiśmy wyżej : 1[kG/cm2] = 981[hPa] to błąd względny ciśnienia wynosi:

δp=0,1*981=98,1≈98 [hPa]

Jak widzimy na wykresie zależności p(T) wyniki serii pierwszej i drugiej pokrywają się w granicach błędów ( błędów serii 2 nie zaznaczaliśmy na wykresie dla przejrzystości) co pozwala nam twierdzić, że wyniki są wiarygodne.

Błędu temperatury nie potrafimy określić ponieważ odczytując opór z omomierza i odczytując wartość temperatury z tabelki nie wiemy jakie jest przenoszenie błędu. Należy jednak sądzić, że odczytana temperatura jest na tyle dokładna, że można ich nie uwzględniać.

Obliczamy ciepło parowania:

Z równania gazu doskonałego pV = nRT

i korzystając ze wzoru n = m/M = 35,7 ± 0,1 [mol]

gdzie n - liczba moli [mol]

m - masa substancji przyjmujemy 1000 [g]

M - masa molowa dla azotu N2 = 28 [g mol-1]

R -stała gazowa = 8,3144 [J mol-1 K-1]

T- temperatura azotu pod ciśn. atmosferycznym = 77,2 ± 1 [K] (dok. termometru )

p- ciśnienie panujące w pracowni =996 ± 1 [hPa] (dokładność barometru )

q - gęstość azotu w stanie ciekłym = 808 [kg/m3]

dp/dT - nachylenie stycznej do wykresu p(T) w granicy między fazowej

Wartość dp/dT odczytana z wykresu dla p = 992 hPa wynosi 0,0001 Pa/K

Z równania Clausiusa- Clapeyrona --> [Author:S]

ΔV = Vg - Vc

Vg=(nRT)/p =0,2328 m3 - objętość azotu w stanie gazowym

Vc=m/q=1/808=0,0012 m3 - objętość azotu w stanie ciekłym

otrzymujemy wartość ciepła parowania równą Qpar= 180 J/g

Wartość tablicowa wynosi 199 [J/g], więc wynik przez nas uzyskany jest o 9,5% mniejszy od wartości tablicowej.

Rachunek błędów:

Wszystkie wartości są niezależne więc możemy je obliczyć ze wzorów :

δt1/ t1 =0,06

δt2/ t2 = 0,1

(δ(t1-t2))2 = (δt1)2 + (δt2)2 ⇒δ(t1-t2) = 0,12 ⇒δ(t1-t2) / (t1-t2) = 0,02

Qpar obliczyliśmy ze wzoru (1): Q = (Ps*t1) / m .

Z prawa przenoszenia błędów obliczamy błąd δQ par :

  1. (δQ par/Q par)2 = (­­δPs/Ps)2 + (δΔh/Δh)2 + (δm/m.)2

W tym celu obliczamy błąd δPs/Ps :

(δPz/ Pz)2 = (δI/ I)2 + (δU/ U)2 ⇒ δPz/ Pz = 0,17

(δPzt2 / Pzt2)2 = (δPz/ Pz)2 + (δt2/ t2)2 ⇒ δPzt2 / Pzt2=0,19

­δPs/Ps)2= (δPzt2 / Pzt2)2+ (δ(t1-t2) / (t1-t2) )2 ­­δPs/Ps = 0,2

oraz błąd δm.:

m = Πr2qΔh

δr = 2 mm

Δh = 1 cm

Przyjeliśmy takie duże błędy ponieważ były duże trudności z wyznaczeniem średnicy naczynia w którym odparowywaliśmy azot i położenia powierzchni wrzącego azotu..

(δm/m.)2 = 2(δr/r)2 +(δΔh/Δh)2δm/m. = 0,2

Teraz możemy obliczyć błąd δQpar korzystając z zależności (3) : δQpar = 56 J/g

Qpar= 188 ± 56 J/g

Wnioski:

Kilkakrotnie próbowaliśmy wyznaczyć ciśnienie punktu potrójnego. Jednak kolejne serie dla ciśnień niższych od atmosferycznego nie zwracały zbliżonych wartości.

W doświadczeniu uzyskaliśmy zadowalające wyniki porównywalne z tablicowymi dla ciepła parowania z wykresu p(T) Qpar= 180 J/g a z metody bezpośredniej Qpar= 188 ± 56 J/g.



Wyszukiwarka