Загальна інформація
Застосування (1/2)
Застосування（1/2）
Рис. 1 Складання установки
U-подібний манометр - це прилад, який слугує для вимірювання та показу різниці тисків. Це найпростіший вид манометрів, його ще називають рідинним манометром.
U-подібний манометр складається з U-подібної трубки з рідиною і шкали на одному з колін. Якщо тиск на обох кінцях трубки однаковий, рідина в обох кінцях стоїть на однаковій висоті. Натомість за різних тисків меніски рідини зміщені по вертикалі один відносно одного.
Застосування (2/2)
Застосування（2/2）
Якщо другий кінець трубки відкритий, справджується .
- різниця тисків
- густина рідини
- вертикальна відстань між двома менісками рідини
Інша інформація (1/2)
Попередні знання
Учні мають знати, що таке U-подібний манометр. У цьому досліді їх знайомлять із практичними основами роботи U-подібного манометра.
Принцип
Показати, що U-подібна трубка, частково заповнена рідиною, придатна як прилад для вимірювання тиску (манометр).
Інша інформація (2/2)
Навчальна мета
У цьому досліді учням на прикладі показують і пояснюють основи роботи U-подібного манометра.
Завдання
Завдання цього досліду - виявити зв'язок міжp (тиск) і h (різниця висот).
Правила безпеки
Для цього досліду діють загальні правила безпечного експериментування на уроках природничих наук.
Теорія
U-подібний манометр складається з U-подібної трубки з рідиною і шкали на одному з колін. Якщо тиск на обох кінцях трубки однаковий, рідина в обох кінцях стоїть на однаковій висоті. Натомість за різних тисків меніски рідини зміщені по вертикалі один відносно одного.
Дія U-подібного манометра ґрунтується на гідростатичному тиску в рідині, який виникає через силу тяжіння стовпа рідини, розташованого вище. Його можна обчислити за рівнянням . ( - тиск; - густина рідини; - висота стовпа рідини; - прискорення вільного падіння )
Якщо другий кінець трубки відкритий, справджується , що випливає з рівняння . ( - різниця тисків; - густина рідини; - вертикальна відстань між двома менісками рідини )
Обладнання
| Позиція | Обладнання | Артикул | Кількість |
|---|---|---|---|
| 1 | Магнітна демонстраційна дошка PHYWE зі штативом, демо з фізики | 02150-00 | 1 |
| 2 | Муфта на магнітному тримачі | 02151-01 | 1 |
| 3 | Гачок на магнітному тримачі | 02151-03 | 1 |
| 4 | Прорізний тягарець, сріблясте бронзування, 10 г | 02205-03 | 2 |
| 5 | Прорізний тягарець, сріблясте бронзування, 10 г | 02205-03 | 2 |
| 6 | Прорізний тягарець, сріблясте бронзування, 50 г | 02206-03 | 1 |
| 7 | Тримач для газових шприців на магнітному тримачі | 02156-00 | 1 |
| 8 | Газовий шприц, 100 мл, для системи зі скляною сорочкою | 02614-00 | 1 |
| 9 | U-подібний манометр | 03090-00 | 1 |
| 10 | Силіконові трубки, внутрішній d=7 мм | 39296-00 | 1 |
| 11 | Лійка, пластик (PP), верхній d = 50 мм | 36890-00 | 1 |
| 12 | Лабораторний стакан, пластик (PP), 100 мл | 36011-01 | 1 |
| 13 | Мікрошпатель-ложка, сталь, l = 150 | 33393-00 | 1 |
| 14 | Патентований синій V, 25 мл | 48376-05 | 1 |
| 15 | Лабораторний маркер, змивний, чорний | 46402-01 | 1 |
| 16 | Струбцина | 02014-01 | 2 |
Складання та виконання
Складання (1/2)
Рис. 2
- Установи U-подібний манометр на демонстраційну дошку за допомогою муфти й додатково закріпи його гачком на магнітному тримачі.
Надінь на ліве коліно U-подібної трубки шматок силіконового шланга завдовжки приблизно 50 см.
Підфарбуй воду в склянці й обережно (щоб не утворювалися великі бульбашки повітря) налий воду через лійку і шланг в U-подібну трубку, доки вона не заповниться приблизно наполовину.
Стискаючи шланг, вижени бульбашки повітря, що лишилися у воді всередині шланга або U-подібної трубки.
Складання (2/2)
Розмісти газовий шприц із тримачем поряд із манометром, спершу без поршня.
Надінь вільний кінець шланга на трубку газового шприца.
Маркером познач на U-подібній трубці висоту водяного стовпа (нижній край менісків) (рис. 3).
Рис. 3
Виконання
Рис. 4
- Обережно встав поршень у циліндр газового шприца і якомога швидше зчитай різницю висот між менісками водяних стовпів у U-подібній трубці; запиши до таблиці 1. (Порада: на зчитування йде особливо мало часу, якщо міряти різницю висот лише одного з двох водяних стовпів у U-подібній трубці до нульової позначки і подвоювати виміряне значення.)
- Знову витягни поршень зі шприца, поклади на нього прорізний важок 10 г і встав його в циліндр; виміряй і запиши .
- Так само виміряй після навантаження поршня з кроком 10 г і щоразу записуй виміряні значення.
Спостереження
| m/g | h/cm | |||
| 67 | 13,4 | 0,66 | 0,135 | 99 |
| 77 | 15,0 | 0,75 | 0,153 | 98 |
| 87 | 16,8 | 0,85 | 0,173 | 97 |
| 97 | 19,6 | 0,95 | 0,194 | 101 |
| 107 | 21,8 | 1,05 | 0,214 | 101 |
| 117 | 23,9 | 1,15 | 0,235 | 101 |
Табл. 1
Площа поперечного перерізу циліндра: ,
Сила тяжіння поршня: .
Опрацювання результатів (1/2)
Рис. 5
Сили тяжіння, з якими поршень тисне на повітря в циліндрі, обчислюють за поданими масами і заносять до таблиці 1, стовпець 3.
За рівнянням, що означує тиск, , обчислюють тиски газу: (стовпець 4).
Графічне зображення значень залежно від тиску (рис. 5) дає з доброю точністю прямий відрізок, продовження якого проходить через початок координат. Отже, справджується: , що підтверджують обчислені частки (пор. стовпець 5).
Опрацювання результатів (2/2)
- Отже, U-подібну трубку можна використати як прилад для вимірювання тиску. Різниця висот водяних стовпів придатна як міра тиску газів у посудинах, до яких приєднано манометр.
Зауваження
До запровадження СІ для вимірювання відносно малих тисків або малих різниць тисків уживали одиницю см вод. ст. (сантиметр водяного стовпа).
Для якості отриманих значень h дуже важливо, щоб поршень у циліндрі газового шприца не заїдав і водночас щільно прилягав. Забруднення найкраще усувати ретельним очищенням спиртом або ацетоном. Після цього стінки поршня обробляють гліцерином.