Děje v plynech

Úkol: Experimentálně prostudujte vybrané děje v plynech.

Vybavení: elektronický tlakoměr, injekční stříkačka, kádinka, malá nádobka s vlepenou hadičkou, teploměr, horká a studená voda

Konkrétní vzorek plynu je popsán třemi veličinami – objemem, tlakem a teplotou. Když chceme změřit jeho vlastnosti, ponecháváme většinou jednu z těchto veličin na konstantní hodnotě. V této laboratorní práci budete měřit děje při stálé teplotě (izotermický děj) a děje při stálém objemu (izochorický děj).

Postup měření:

Připojte k tlakoměru injekční stříkačku. Spusťte měření a zapište objem vzduchu ve stříkačce a jeho tlak.
Posuňte píst ve stříkačce a počkejte, než se tlak ustálí (tím máte zajištěno, že se ustálila i teplota vzduchu ve stříkačce – má opět teplotu okolního vzduchu). Zapište objem a tlak. Toto měření zopakujte pro několik různých poloh pístu ve stříkačce. Tím máte proměřený izotermický děj.
Připravte si vybavení k izochorickému ději. Ke tlakoměru připojte nádobku s vlepenou hadičkou, do kádinky nalijte horkou vodu. Do kádinky vložte teploměr a ponořte nádobku pod hladinu vody.
Počkejte, až se tlak v nádobce ustálí (tj. vzduch v nádobce si vyrovná teplotu s okolní vodou). Zapište teplotu a tlak.
Vylijte část horké vody a dolijte studenou. Promíchejte vodu teploměrem. Zopakujte předchozí měření.
Takto pokračujte až k pokojové teplotě. Tím máte proměřený izochorický děj.

Otázky:

Jak závisí tlak plynu na objemu při stálé teplotě? Závislost popište pomocí grafu i funkčního předpisu.
Jak závisí tlak plynu na teplotě při stálém objemu? Závislost popište pomocí grafu i funkčního předpisu.
Ze druhého experimentu určete hodnotu absolutní nuly (tj. teplotu, při které by tlak klesl na nulu).
Proč se nesmí vhazovat prázdné plechovky od spreje do ohně?
Proč se musí kontrolovat tlak vzduchu v automobilových pneumatikách před jízdou?
Jsou získané experimentální výsledky v souladu se stavovou rovnicí ideálního plynu?

Poznámky pro učitele

Elektronickým tlakoměrem je míněno čidlo některého z počítačových měřících systémů (např. Pasco nebo Vernier).

Hadička, kterou připojujete tlakoměr k nádobce s měřeným plynem, musí být co nejkratší, aby vzduch v hadičce zbytečně nezkresloval měření.

Pro měření izochorického děje je nejlepší tenkostěnná plastová nádobka, která velmi rychle vyrovnává svou teplotu s okolní vodou. Dobré výsledky dává pingpongový míček s hadičkou vlepenou tavným lepidlem.

Měření by mělo začínat s teplotou vody kolem 60 °C, aby se žáci neopařili.

Kontrolní měření:

Izotermický děj
\(V\) (ml)	20	18	16	14	12	10	8	6
\(p\) (kPa)	98,2	109,5	122,8	138	158,7	189,8	229,6	300

Izochorický děj
\(t\) (°C)	67	52	45	38	33	29	19
\(p\) (kPa)	116,5	109,5	106,7	103,8	101,6	99,9	95,9