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?
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:
20 | 18 | 16 | 14 | 12 | 10 | 8 | 6 | |
98,2 | 109,5 | 122,8 | 138 | 158,7 | 189,8 | 229,6 | 300 |
67 | 52 | 45 | 38 | 33 | 29 | 19 | |
116,5 | 109,5 | 106,7 | 103,8 | 101,6 | 99,9 | 95,9 |