Jakub Jaworski Paweł Gielmuda		rok I	grupa II	zespół 6
Pracownia fizyczna I	Prawo Boyle'a-Mariotte'a				ćwiczenie 22
data wykonania	data oddania	zwrot do popr.	data oddania	data zaliczenia	ocena

Prawo Boyle'a-Mariotte'a i uniwersalna stała gazowa R

A Celem ćwiczenia jest zapoznanie się z układem próżniowym i pomiarem ciśnienia w tym układzie, sprawdzenie prawa Boyle'a-Mariotte'a dla powietrza w temperaturze pokojowej, wyznaczenie uniwersalnej stałej gazowej.

B Wprowadzenie teoretyczne

W naczyniu o objętości V znajduje się gaz o masie n;  jest masą molową (g/mol), n to ilość moli. Gęstość ρ tego gazu jest równa nV. Usuwając pewną ilość gazu ze zbiornika albo zwiększając zbiornik, możemy zmniejszyć ρ. Na podstawie doświadczeń stwierdzamy, że przy odpowiednio małych gęstościach - dla wszystkich gazów, niezależnie od ich składu chemicznego - otrzymuje się pewne proste zależności między zmiennymi termodynamicznymi p, V, T. Prowadzi to do koncepcji gazu doskonałego, tzn. gazu który zachowywałby się w taki sam prosty sposób w dowolnych warunkach.

Gdy dana masa n gazu znajduje się w stanie równowagi termodynamicznej, możemy zmierzyć jego ciśnienie p, temperaturę T i objętość V. Doświadczenie wskazuje, że dla dostatecznie małych gęstości przy danej masie gazu utrzymywanego w stałej temperaturze jego ciśnienie jest odwrotnie proporcjonalne do objętości. Ta zależność to prawo Boyle'a-Mariotte'a. Wiadomo także, że pod stałym ciśnieniem objętość jest wprost proporcjonalna do temperatury. Można to podsumować pisząc:

pV/T=const (dla stałej masy)

Objętość zajmowana przez gaz przy stałym ciśnieniu i temperaturze jest proporcjonalna do jego masy. Wobec tego stała w powyższym równaniu również musi być proporcjonalna do masy gazu. Stałą zapiszemy w postaci nR, gdzie n jest liczbą moli gazu, a R stałą, którą mamy określić na podstawie doświadczenia. Sprawdzimy także, że przy dostatecznie małych gęstościach R ma taką samą wartość dla wszystkich gazów. R nazywamy uniwersalną stałą gazową.Przepisujemy więc nasze równanie do postaci:

pV=nRT

Prawo Boyle'a-Mariotte'a dla powietrza w temperaturze pokojowej można łatwo sprawdzić przy pomocy układu próżniowego ze zmienną objętością. Określoną ilość powietrza można wyodrębnić w pierwszym zbiorniku i później rozprężać do pozostałych dziesięciu zbiorników.

Ciśnienie gazu mierzymy manometrem mechanicznym. Zależność p(V) winna być dana przez hiperbolę, natomiast zależność p(1/V) - przez linię prostą, przechodzącą przez początek układu współrzędnych.

Doświadczalne wyznaczenie uniwersalnej stałej gazowej R sprowadza się do pomiaru masy znanej objętości gazu. Wykonać go można przez ważenie zbiornika wypełnionego gazem i opróżnionego przez pompowanie pompą próżniową. Uniwersalność R można doświadczalnie potwierdzić przez powtórzenie tego pomiaru dla różnych gazów.

C Wykonanie ćwiczenia

Uwaga!

Wszystkie czynności, związane z wykonaniem ćwiczenia muszą być wykonane dokładnie według instrukcji. Nieprzestrzeganie jej może doprowadzić do uszkodzenia układu próżniowego. Krany należy zamykać i otwierać, przekręcając wolno kurkiem w kierunku zgodnym z ruchem wskazówek zegara. Najlepiej uchwycić kurek prawą ręką, podtrzymując lewą ręką stator. W razie pojawienia się smug na kurku kranu kilkakrotnie przekręcić kurkiem w lewo i prawo o ¼ obrotu. Kran jest otwarty, gdy zaznaczona na czerwono część kurka wskazuje czerwony znak na rurce szklanej.

1

2

---