Інформація для вчителів
Опис
Нагрівання об'єму повітря може призвести як до збільшення об'єму, так і до збільшення тиску. У цьому експерименті об'єм газу необхідно підтримувати постійним.Для цього потрібно відмітити початковий рівень води в ніжціманометра і повернути рівень води до цієї позначки перед тим, як вимірювати тиск.
Експериментальна установка
Додаткова інформація для вчителів (1/2)
Попередні знання
Обов'язковою умовою є безпечне поводження з пальником Бунзена.
Принцип
Нагрівання речовин може призвести як до розширення їхнього об'єму при постійному тиску, так і до збільшення тиску при постійному об'ємі. Гази при нагріванні розширюються більше, ніж рідини. У цьому експерименті об'єм зберігається постійним, щоб спостерігати за збільшенням тиску.
Додаткова інформація для вчителів (2/2)
Мета навчання
У цьому експерименті слід продемонструвати та виміряти збільшення тиску повітря під час нагрівання. Крім того, цей процес слід охарактеризувати, визначивши коефіцієнт напруження.
Завдання
Учні повинні нагріти повітря в закритій системі (колбі Ерленмейєра) і підтримувати постійний об'єм за допомогою рівня води. Для того, щоб вивчити залежність між температурою і тиском, необхідно обчислити підвищення тиску, використовуючи різні рівні води в манометрі.
У додатковому завданні необхідно обчислити коефіцієнт напруження і порівняти його з величиною, оберненою абсолютній температурі.
Інструкції з техніки безпеки
Для цього експерименту застосовуються загальні інструкції щодо безпечного проведення експериментів під час викладання природничих наук.
Щоб полегшити вставлення термометрів і скляних пробірок у пробки та уникнути травм уламками скла, скляні деталі необхідно попередньо натерти невеликою кількістю гліцерину. Перед вимірюваннями необхідно видалити надлишки гліцерину, інакше він може вплинути на поведінку речовин, що аналізуються.
Інформація про учнів
Інформація для учнів
Мотивація
Чому велосипедні шини іноді лопаються в спекотний літній день?
Коли газ у шині (повітря - це суміш газів) нагрівається, то він, поки це можливо, розширюється. Оскільки простір у шині обмежений, газ не може довго розширюватися. Це призводить до збільшення тиску газу, при цьому шина стає все тугішою і тугішою, поки, нарешті, не розривається.
Часто шину накачують у прохолодному підвалі. На сонці повітря в ній нагрівається і тиск збільшується ще більше доти, доки шина не лопне.
Спущена шина велосипеда
Завдання
Виміряйте збільшення тиску в заданому об'ємі повітря під час нагрівання. Опишіть перебіг кривої виміряних значень і зробіть висновки про залежність між тиском і температурою повітря.
У додатковому завданні обчисліть коефіцієнт напруження і порівняйте його з величиною, оберненою абсолютній температурі.
Експериментальна установка
Обладнання
Додаткові матеріали
Номер Матеріал Кількість
1 Ножиці 1
2 Сірники 1
3 Фломастер 1
Підготовка (1/6)
- Помістіть пальник Бунзена в підставку пальника і встановіть його так, щоб він не хитався (рис. 1 + 2).
- З'єднайте дві половинки основи штатива за допомогою короткого штативного стрижня (рис. 3).
Рис. 1
Рис. 2
Рис. 3
Підготовка (2/6)
3. Скрутіть разом половинки двох довгих штативних стрижнів (рис. 4).
4. Прикріпіть штативні стрижні до половинок основи штатива і зафіксуйте їх на місці за допомогою гвинтів (рис. 5).
5. Прикріпіть один над іншим до штативного стрижня кільцевий тримач із дротяною сіткою та універсальний затискач за допомогою подвійної муфти (рис. 6).
6. Встановіть під дротяну сітку газовий пальник і прикріпіть до другого штативного стрижня тримач скляних трубок (рис. 7)
Рис. 4
Рис. 6
Рис. 5
Рис. 7
Підготовка (3/6)
7. Прикріпіть рулетку до тримача для скляних трубок (рис. 8).
8. Зберіть U-подібний манометр із двох скляних трубок завдовжки 250 мм і шматка силіконової трубки (завдовжки приблизно 50 см) і закріпіть його в тримачі для скляних трубок з ніжками різної висоти (рис. 9 + 10)
Рис. 8
Рис. 9
Рис. 10
Підготовка (4/6)
Рис. 11
Рис. 12
9. Вставте маленьку скляну трубку в гумову пробку і обережно закрийте колбу Ерленмейєра пробкою (рис. 11 + 12).
10. За допомогою маленької мензурки повільно наповнюйте манометр доти, доки вода в обох скляних трубках не підніметься на 1 см (рис. 13) (при цьому не повинно утворюватися бульбашок повітря). Шматочок трубки на скляній трубці може слугувати допоміжним засобом для наповнення.
Рис. 13
Підготовка (5/6)
11. Помістіть колбу Ерленмейєра в мензурку об'ємом 400 мл і закріпіть її універсальним затискачем так, щоб вона перебувала якомога глибше (рис. 14).
12. Потім повністю наповніть водою мензурку об'ємом 400 мл (рис. 15).
Рис. 14
Рис. 15
Підготовка (6/6)
Рис. 16
13. З'єднайте скляну трубку в пробці за допомогою силіконової трубки (довжиною близько 50 см) до ніжки манометра (рис. 16).
14. Готова експериментальна установка має виглядати так, як показано на рисунку праворуч.
Виконання роботи (1/3)
1. Запишіть початкову температуру води в мензурці в таблицю в протоколі.
2. Встановіть рівні води на однакову висоту в ніжках и (початковий тиск у колбі Ерленмейера дорівнює зовнішньому тиску повітря) (рис. 17).
3. Відмітьте рівень води у ніжці манометра фломастером (рис. 18).
Рис. 17
Рис. 18
Виконання роботи (2/3)
4. Нагрійте воду на короткий час (прибл. 15 с), а потім зніміть пальник (температура має підвищитися лише на 1 °C, якщо це можливо).
5. Обережно перемішуйте протягом приблизно 1-2 хвилин, щоб повітря в колбі Ерленмейєра набуло температури води (рис. 19).
6. Запишіть значення температури води в таблицю в протоколі.
Увага!Коли вода нагрівається, кільце штатива і дротяна сітка стають дуже гарячими!
Рис. 19
Виконання роботи (3/3)
7. Установіть рівень води на обох ніжках манометра на однакову висоту (опустіть ніжку вниз).
8. Виміряйте відстань двох рівнів води в ніжках манометра і запишіть їх у таблицю (рис. 20).
9. Продовжуйте нагрівати повітря з кроком в 1°C і визначте подальші значення для в залежності від температури.
Рис. 20
Протокол
Спостереження 1
Спостереження
Яка початкова температура ϑ_0 (°C)?
Результати
ϑ0+1(°C)
ϑ=25°C : Δl(см)
ϑ=25°C : Δϑ(C°)
ϑ=25°C : ΔV(см³)
ϑ0+2(°C)
ϑ=30°C : Δl(см)
ϑ=30°C : Δϑ(C°)
ϑ=30°C : ΔV(см³)
ϑ0+3(°C)
ϑ=35°C : Δl(см)
ϑ=35°C : Δϑ(C°)
ϑ=35°C : ΔV(см³)
ϑ0+4(°C)
ϑ=40°C : Δl(см)
ϑ=40°C : Δϑ(C°)
ϑ=40°C : ΔV(см³)
ϑ0+5(°C)
ϑ=45°C : Δl(см)
ϑ=45°C : Δϑ(C°)
ϑ=45°C : ΔV(см³)
1. Запишіть виміряні значення у таблицю.
2. Обчисліть різницю температур у кожному випадку і запишіть їх.
3. Тиск вимірюється за допомогою водяного стовпа в манометрі. Для цього експерименту достатньо такого перетворення (см) = (гПа). Введіть у таблицю значення для тиску у гПа.
Завдання 1
Накресліть на аркуші паперу систему координат за зразком, наведеним нижче, і нанесіть на графік виміряні значення и .
Завдання 2
Визначте поточний тиск повітря на манометрі або розв'яжіть такі задачі, якщо
.
Збільшення тиску повітря при постійному об'ємі описується за допомогою рівняння:
.
На підставі виміряних значень, наведених у таблиці, розрахуйте коефіцієнт напруження повітря при постійному об'ємі.
Завдання 3
Питання
Завдання 4
Питання
Завдання 5
Питання
Який зв'язок між числовими значеннями и ?