Тиск у газах

Загальна інформація

Застосування

Рис. 1: схема досліду

Тиск газу, одним із яких є атмосферний тиск, виникає як сума всіх сил, що діють з боку газу або газової суміші на площу. Він описує силу газу, яка рівномірно діє на навколишні поверхні.

Тиск газу відіграє дуже важливу роль у щоденному житті. Атмосферний тиск - це тиск газу, який показує силу повітря, що діє перпендикулярно до площі. Він такий важливий для людини тому, що вона пристосована до нормального атмосферного тиску. Значно менший або значно більший тиск для людини смертельний. І навіть менші, швидкі зміни атмосферного тиску частково відчутні як неприємні, наприклад під час зниження літака нерідко тисне на вуха, і це варто вирівняти ковтанням.

Інша інформація (1/2)

Попередні знання

Учні мають попередньо знати про "тиск газу".

Принцип

Замкнену кількість газу треба стиснути тиском поршня і дослідити, який при цьому існує зв'язок між тиском газу і силою тиску, що діє на певну площу.

Інша інформація (2/2)

Навчальна мета

Учні мають точніше зрозуміти тиск газу. Цим дослідом учні мають опанувати зв'язок між тиском газу і силою тиску.

Завдання

Учні мають спостерігати за зміною тиску газу і сили тиску та відкрити прихований за цим зв'язок.

Правила безпеки

Для цього досліду діють загальні правила безпечного експериментування на уроках природничих наук.

Теорія

Тиском p у фізиці називають величину, яка виражає зв'язок між силою Fі площею A. Тиск дістають із сили, що діє перпендикулярно до площі. Тиск газу - це теж тиск.

Отже, справджується:

Якщо силу збільшити за незмінної площі, тиск зросте.

Якщо тиск лишається сталим, стала й частка .

Обладнання

Позиція	Обладнання	Артикул	Кількість
1	Магнітна демонстраційна дошка PHYWE зі штативом, демо з фізики	02150-00	1
2	Торсійний динамометр, 2 Н/4 Н	03069-03	1
3	Тримач для газових шприців на магнітному тримачі	02156-00	2
4	Газовий шприц, 100 мл, для системи зі скляною сорочкою	02614-00	2
5	Пластина поршня для газових шприців	02618-00	2
6	Силіконові трубки, внутрішній d=7 мм	39296-00	1
7	Прорізний тягарець, сріблясте бронзування, 50 г	02206-03	2
8	Прорізний тягарець, сріблясте бронзування, 50 г	02206-03	2
9	Контрольна гиря, 500 г, для перевірки та юстування ваг і вимірювальних приладів	44096-50	1
10	Контрольна гиря, 200 г, для перевірки та юстування ваг і вимірювальних приладів	44096-20	1
11	Волосінь на котушці, d = 0,5 мм, 100 м	02090-00	1
12	Лабораторний маркер, змивний, чорний	46402-01	1
13	Струбцина	02014-01	2

Складання та виконання

Складання (1/2)

Постав газові шприци з тримачами біля верхнього краю демонстраційної дошки - спочатку без поршнів.
З'єднай шприци шматком силіконового шланга завдовжки близько 50 см.
Визнач динамометром і запиши сили тяжіння і для поршнів, щоразу разом із пластиною поршня.
Увігни поршень у газовий шприц 1 (50 мл) до самого дна.
Засунь поршень газового шприца 2 (100 мл) в циліндр настільки, щоб денця обох поршнів були приблизно на однаковій висоті.

Рис. 2

Складання (2/2)

Зроби достатньо велику петлю з волосіні і поклади її на пластину поршня шприца.
Установи динамометр під газовим шприцом 1 так, щоб зачеплена петля не торкалася ні шланга, ні шприца, ні його тримача, і щоб динамометр показував нуль
За потреби притисни шланг до дошки смужкою клейкої стрічки.
Познач і на дошці лабораторним маркером символічно (рис. 2).

Виконання

Усвідом, що система перебуває в рівновазі, і запиши сили і у таблицю 1 - навантаж поршень 2 масою .
Трохи врівноваж обидва поршні рукою, щоб зменшити дію неминучих сил тертя між поршнями і циліндрами.
Зчитай з динамометра силу (натягу) , потрібну разом із для рівноваги системи, і запиши у таблицю 1. (Зауваження: визначати треба швидко - надто за більшого навантаження -, бо поршні можуть трохи зсуватися. Через відносно великий допуск для значень доцільно округлювати числові значення до двох цифр. Тоді й числові значення для , і треба брати округленими відповідно. )
Змінюй навантаження поршня 2, визначай так само відповідні сили , як і раніше, і записуй виміряні значення.

Спостереження

Навантаження поршня
0	0,0	0,0	1,5	1,0	0,67
200	2,0	1,2	3,5	2,2	0,63
300	2,9	1,8	4,4	2,8	0,64
400	3,9	2,5	5,4	3,5	0,65
500	4,9	3,1	6,4	4,1	0,64
600	5,9	3,7	7,4	4,7	0,64

Табл. 1

Опрацювання результатів (1/3)

Рис. 3

Площі перерізів поршнів, і , визначають вимірюванням і обчисленням (або задають) і записують. Під ними записують частку .

Значення обчислюють за , округлюють і записують у таблицю 1, стовпець 2.

За допомогою рівнянь і обчислюють сили, що діють на поршні, і записують їх у стовпці 4 і 5 таблиці 1.

Опрацювання результатів (2/3)

Графік у межах точності вимірювання дає пряму, що проходить через початок координат (рис. 3). Звідси випливає: або , що узгоджується зі значеннями часток в останньому стовпці таблиці 1.

Середнє значення часток становить майже 0,65.

Частка має значення 0,65, тож справджується:

або

Опрацювання результатів (3/3)

Зауваження

Якщо на замкнену кількість газу подіяти тиском, то тиск газу скрізь однаковий:

Дослід не вдасться, якщо між поршнями і циліндрами газових шприців є відчутне тертя або поршні нещільні. Тоді зарадить ретельне очищення поверхонь ковзання жиророзчинною рідиною, наприклад денатуратом, і легке змащування поршнів мастилом, наприклад гліцерином.