Amina Bassil 22.04.2005

WTŻ

Rok 1 wieczorowe gr. 2

Piątek, 16.00.

Sprawozdanie z ćwiczenia:

Przemiany gazowe (ćw. C 07/09)

Fizyka zjawiska:

W naszym doświadczeniu wykorzystujemy przemiany, jakim podlegają gazy. Aby opisać te przemiany wprowadzono pojęcie gazu doskonałego.

Za gaz doskonały uważać będziemy gaz spełniający łącznie prawa Boyle'a-Mariotte'a, Gay-Lussaca i Charlesa, które zostaną omówione poniżej. Jest to gaz, dla którego w stałej temperaturze iloczyn objętości i ciśnienia jest odwrotnie proporcjonalny, dla określonej objętości ma stały stosunek ciśnienia do temperatury, a pod stałym ciśnieniem - proporcjonalne są objętość i temperatura.

Przemiany, którym podlegają gazy są następujące:

Przemiana izotermiczna to proces, w którym temperatura gazu pozostaje stała T = const więc pV = const

Zależność ta znana jest jako prawo Boyle'a - Mariotte'a

Parametrami mogącymi się zmieniać w tym procesie są objętość V i ciśnienie p. Nie mogą one się jednak zmieniać niezależnie.  

Na rys. - wykres izotermy dla różnych temperatur, gdzie T₁ < T < T₂.

Przemiana izobaryczna, to proces, w którym ciśnienie gazu pozostaje stałe

p = const. Zależność ta znana jest jako prawo Gay - Lussaca

Na rys. - wykres izobary dla różnych ciśnień, gdzie p1 < p < p2.

Przemiana izochoryczna, to proces, w którym objętość gazu pozostaje stała

V = const

Zależność ta znana jest jako prawo Charlesa

Na rys. - wykres izochory dla różnych objętości, gdzie V₁ < V < V₂.

Cel ćwiczenia:

Celem ćwiczenia C07 było sprawdzenie prawa Boyle'a, badaliśmy związek między ciśnieniem i objętością próbki powietrza przy stałej temperaturze,

Celem ćwiczenia C09 było sprawdzenie związku między ciśnieniem gazu i temperaturą, przy stałej objętości, a także wyznaczenie teoretycznej granicy niskiej temperatury.

Wykonanie doświadczenia:

Przygotowaliśmy komputer do pracy, uruchomiliśmy program Science Workshop, w którym pracowaliśmy nad obydwoma ćwiczeniami.

Ćwiczenie C07:

Podłączyliśmy strzykawkę do miernika ciśnienia a ten do interfejsu.

Ustawiliśmy wszystkie zadane parametry w programie.

Ustawiliśmy objętość strzykawki na 20ml i zapisaliśmy odczyt ciśnienia, następnie po kolei zmniejszaliśmy objętość o 2ml i rejestrowaliśmy kolejne odczyty, aż do 10ml.

Na podstawie naszych pomiarów, program wygenerował wykres.

Następnie wykonaliśmy obliczenia iloczynu ciśnienia i objętości dla każdej wartości objętości. Wartości te nie są sobie równe, ale są zbliżone.

Ćwiczenie C09:

W zamkniętym i szczelnym miedzianym zbiorniku było powietrze, u wylotów zbiornika były umieszczone czujniki ciśnienia i temperatury. Całość znajdowała się w elektrycznym garnku z wodą.

Gaz podgrzewaliśmy od temperatury pokojowej do temperatury wrzenia rejestrując kolejne pomiary ciśnienia i temperatury.

Na ich podstawie został wygenerowany wykres, na podstawie obliczeń komputerowych uzyskaliśmy następujące dane:

Wartość parametru a₁=94,917 (punkt przecięcia osi ciśnienia przez linię prostą p=a₁+a₂t)

Wartość parametru a₂=0,245 (nachylenie tej prostej)

Na podstawie tych wartości obliczyliśmy punkt t₀ dla którego p=0. t₀=-(a₁/a₂)=-387,416

Wykres nr 2. Zależność p i t przy V=const.

Wnioski:

Empirycznie sprawdzono i potwierdzono prawo Boyle'a, które mówi, że przy stałej temperaturze, iloczyn pV jest stały. Dokładnie zależność parametrów badanego przez nas gazu pokazana jest na wykresie nr 1., choć w uzyskanych przez nas wynikach iloczynu pV występują niewielkie różnice dla poszczególnych wartości, to można je wytłumaczyć brakiem wprawy w obsłudze używanego programu komputerowego, czy niedokładnością ustalania objętości powietrza w strzykawce.

W drugim ćwiczeniu wykazaliśmy, że przy stałej objętości wraz ze wzrostem temperatury rośnie także ciśnienie. Dla niektórych wartości zarejestrowanych przez komputer sporządziliśmy wykres zależności, który potwierdza prawo Charlesa. Z obliczeń wykonanych przez program wyliczyliśmy temperaturę zera bezwzględnego, odpowiadającą zerowej wartości ciśnienia gazu doskonałego, wyniosła ona -387,416 °C.

Powinna ona wynieść -273,15°C, różnica najprawdopodobniej spowodowana jest niedokładnościami przy wykonywaniu pomiarów. Był to kolejny wykonywany pomiar, wcześniejsze nie zostały zarejestrowane z powodu błędu programu, restartowania się komputera, wyłączenia prądu na stanowisku, garnek elektryczny był już mocno nagrzany i pomiar był dość krótki, z czego w trakcie, temperatura spadała, a dopiero później rosła od nowa. Przyczyną tego, że nie otrzymaliśmy wyniku -273,15°C może być także to, że używany w tym doświadczeniu model gazu doskonałego nie odzwierciedla rzeczywistego zachowania się gazów a jest tylko ich wyidealizowanym modelem.

---