Ćwiczenie nr. 10

SRAWOZDANIE Z LABORATORIUM FIZYKI

Badanie zależności temperatury wrzenia cieczy od ciśnienia. Wyznaczanie wilgotności względnej powietrza.

Przy wyznaczaniu temperatury posługujemy się obecnie skalą Celsjusza i skalą bezwzględną Kelvina. Ta ostatnia została za podstawową skalę w układzie SI.

Jeżeli ciecz znajduje się w zamkniętym naczyniu, to po pewnym czasie ustala się stan równowagi termodynamicznej. Powstaje para nasycona , czyli taka której ilość cząsteczek przechodzących do cieczy równa jest ilości cząsteczek przechodzących w parę. Inaczej mówiąc para ta znajduje się w równowadze z cieczą , z której powstała . Posiada ona najwyższą , możliwą dla danej temperatury gęstość i prężność. Jej ciśnienie zależy tylko od temperatury, nie zależy natomiast od objętości naczynia . W pewnej temperaturze W pewnej temperaturze i ciśnieniu charakterystycznym dla danej cieczy , parowanie staje się intensywniejsze i zachodzi w całej objętości cieczy. Proces ten nazywa się wrzeniem a temperaturę w której zachodzi temperaturą wrzenia. Wrzenie następuje wówczas , kiedy ciśnienie pary nasyconej p_n wewnątrz pęcherzyka o promieniu r zrówna się z sumą ciśnień : zewnętrznego p_a, hydrostatycznego dgh i ciśnienia wynikającego z napięcia powierzchniowego cieczy na granicy pęcherzyka 2δ/r. Warunek ten można napisać następująco:

P_n= P_a + dgh + ^2δ

^r

Ponieważ dwa ostatnie człony zależności odgrywają małą rolę , przyjmuje się więc przybliżoną postać warunku wrzenia ( ciśnienie wewnątrz pęcherzyka musi się równać ciśnieniu zewnętrznemu)

P_n=P_a

Z tego wynika , że ciśnienie pary nasyconej zrównać z ciśnieniem zewnętrznym. Zmiana ciśnienia zewnętrznego powoduje zmianę ciśnienia pary nasyconej w pęcherzyku , a to z koleina zmianę temperatury wrzenia.

Przyrost temperatury ▲T jest związany z przyrostem ciśnienia ▲p następującą zależnością:

▲T = t(V_p- V_c) ^▲P

^q

q- ciepło parowania

V_p, V_c - objętości właściwe pary i cieczy

Przebieg Ćwiczenia

Korzystamy z zestawu, w skład którego wchodzą: chłodnica, kociołek, termometr, manometr oraz pompka wodna. Kociołek podgrzewany jest elektrycznie, ciśnienie panujące w atmosferze w chwili przeprowadzania doświadczenia wynosiło &62 mmHg. Pompką wodną wytworzono w aparaturze ciśnienie 200 mmHg mniejsze od atmosferycznego. Kiedy woda w kociołku wrzała odczytano ustaloną temperaturę. Pomiary temperatury odczytywano przy zmniejszaniu ciśnienia o 20 mmHg. Po zrównaniu się ciśnień w aparaturze z atmosferycznym zamknięto kran między pompką a kociołkiem, a następnie pomiary temperatury odczytywano przy zwiększaniu się ciśnień o 20 mmHg, aż do 200 mmHg wyższego od atmosferycznego.

Tabela pomiarów.

p[ mmHg]	p[mmHg]	T[^0C]
-200	562	90^0C
-180	582	89^0C
-160	602	91^0C
-140	622	91^0C
-120	642	92^0C
-100	662	92,5^0C
-80	682	93^0C
-60	702	93,5^0C
-40	722	94^0C
-20	742	95^0C
0	762	97^0C
20	782	96^0C
40	802	97^0C
60	822	99^0C
80	842	99,5^0C
100	862	100^0C
120	882	94^0C
140	902	95^0C
160	922	97^0C
180	942	98^0C
200	962	99^0C

Rachunek błędu:

Błąd jak występuje w wynikach zależy od dokładności aparatury pomiarowej. Przyjęto, że odczyt manometru był z dokładnością do 4 mmHg, odczyt temperatury z dokładnością do 0,5⁰C.

Wnioski:

Moim zdaniem do takiego rodzaju doświadczeń powinniśmy używać termometru o większej dokładności gdyż temperatura wpływa w największym stopniu na błąd pomiaru. Błędy dla niektórych punktów ( w szczególności tyczy się do pięciu ostatnich pomiarów) są błędami grubymi związane są z nie szczelnością aparatury i niedokładnością w odczytywaniu wskazań manometru.

Wyznaczanie wilgotności względnej powietrza za pomocą psychrometru.

Psychrometr składa się zasadniczo z dwóch identycznych termometrów rtęciowych, z których jeden musi mieć zmoczoną końcówkę . Woda parując, wciągana przez wiatraczek pobiera z układu ciepło, wskutek czego obniża się temperatura termometru wilgotnego. Różnica wskazań obu termometrów zależy od prędkości parowania, ta zaś od wilgotności względnej otaczającego powietrza od jego temperatury.Wilgotność względną odczytujemy z tablic psychrometrycznych. Naszym zadaniem było odczytywanie temperatur z obu termometrów oraz ich zapisywanie, co przedstawiam poniżej w tabelce.

Tabela pomiarów:

Wilgotność powietrza

Stan termometru suchego	Stan termometru mokrego	Ts -Tm	S[%]
22^0C	17,8^0C	4,2^0C	67%
22^0C	17,6^0C	4,4^0C	65%
22^0C	17,8^0C	4,2^0C	67%
22^0C	17,8^0C	4,2^0C	67%
22^0C	18^0C	4,0^0C	68%

Średnie wilgotności powietrza 66,8%

Błąd, jaki mógł zaistnieć ogranicza się tylko do niedokładności termometrów i wynosi ona około 0,2⁰C

---