Post on 02-Jul-2015
132 - Νόμοι των αερίων
Γουρζής Στάθης – Φυσικός ΥΣΕΦΕ 2012 - 2013 Εργαστήρια Φυσικών Επιστημών Νυδριού Λευκάδος
Από το σχολικό βιβλίο Φυσικής ( Β ΄ Λυκείου - Κατεύθυνσης )
Στο σημερινό πείραμα, θα προσπαθήσουμε να επαληθεύσουμε
τους τρεις νόμους των αερίων χρησιμοποιώντας …
… τον μαγνητικό αναδευτήρα του εργαστηρίου, ένα μεγάλο ποτήρι ζέσης και ένα άδειο πλαστικό μπουκάλι του νερού …
… μια βάση στήριξης, μια μεταλλική ράβδο, ένα σφιγκτήρα, μια λαβίδα και ένα σύνδεσμο …
… το Multilog, με τους δύο αισθητήρες της θερμοκρασίας, ένα καλώδιο σύνδεσης αισθητήρων και τον αισθητήρα της πίεσης …
… τον Η/Υ του εργαστηρίου …
… και τον προβολέα του …
… μαζί με λίγη πλαστελίνη, και ένα ψαλιδάκι, για να μετατρέψουμε το πώμα του μπουκαλιού, όπως φαίνεται παρακάτω …
Συνδέουμε τον πρώτο αισθητήρα της θερμοκρασίας, ενώ το Multilog είναι κλειστό …
… και κατόπιν τον δεύτερο αισθητήρα της θερμοκρασίας, πάλι χωρίς να ξεκινήσουμε το Multilog …
Συνδέουμε τον αισθητήρα της πίεσης, με το καλώδιο σύνδεσης αισθητήρων,
από την μία του άκρη …
… και με το Multilog , ( πάντα κλειστό ),
με την άλλη του άκρη …
Ανοίγουμε τώρα το MultiLog …
Πατάμε το « Port » … … και πατώντας συνεχώς το « Sensors »,
διορθώνουμε σε « Temperature » …
Διορθώνουμε, με το « Range », το φάσμα τιμών
λειτουργίας του 1ου αισθητήρα από « - 25 - 125 οC »…
... στο « - 25 - 110 οC » …
Πατάμε πάλι το « Port », μέχρι να φτάσουμε στο « Input – 2 » …
… και πατώντας συνεχώς το « Sensors », διορθώνουμε πάλι σε « Temperature » …
Διορθώνουμε, πάλι, με το « Range », το φάσμα τιμών
λειτουργίας του 2ου αισθητήρα από « - 25 - 125 οC »…
... στο « - 25 - 110 οC » …
Πατάμε πάλι το « Port », μέχρι να φτάσουμε στο « Input – 3 » …
… και πατώντας συνεχώς το « Sensors », διορθώνουμε σε « Pressure » …
Για να ορίσουμε τον ρυθμό της δειγματοληψίας,
πατάμε το « Rate », και επιλέγουμε « 10 / sec » …
… ενώ για να επιλέξουμε σύνολο μετρήσεων,
πατάμε το « Samples », και επιλέγουμε « 15000 » …
Ξεκινάμε το πρόγραμμα DB – Lab 3.2 …
… και από το μενού «Καταγραφέας», επιλέγουμε «Πίνακας Ελέγχου» …
… και κάνουμε επαλήθευση των αισθητήρων και της δειγματοληψίας που έχουμε επιλέξει …
Τοποθετούμε τον αισθητήρα της πίεσης, στο καπάκι του μπουκαλιού …
… και κατόπιν, τον ένα αισθητήρα της θερμοκρασίας …
Βιδώνουμε καλά το καπάκι στο μπουκάλι, μαζί με τους δύο αισθητήρες …
… και σφραγίζουμε καλά με την πλαστελίνη, ώστε να μην έχουμε διαφυγή του αέρα από το εσωτερικό του μπουκαλιού …
… για περισσότερη μόνωση του αέρα, χρησιμοποιούμε και ένα κομμάτι μονωτικής ταινίας …
… το οποίο εφαρμόζουμε πολύ καλά, γύρω από το καπάκι του μπουκαλιού …
Συναρμολογούμε την βάση στήριξης με την λαβίδα …
… και βάζουμε το ποτήρι ζέσης με το νερό και τον μαγνήτη ανάδευσης, πάνω στον αναδευτήρα του εργαστηρίου …
Τοποθετούμε την βάση στήριξης με την λαβίδα σε τέτοια θέση, ώστε να μπορούμε να τοποθετήσουμε το μπουκάλι μέσα στο δοχείο με το νερό,
χωρίς να ακουμπά σε αυτό …
Στερεώνουμε καλά, με το σφιγκτήρα , την βάση στήριξης στο τραπέζι …
… και βάζουμε μέσα στο δοχείο τον 1ο αισθητήρα της θερμοκρασίας …
Πιάνουμε το μπουκάλι με τη λαβίδα …
… και στερεώνουμε τους αισθητήρες του πώματος πάνω στο σύνδεσμο …
Αυτή είναι η τελική πειραματική μας διάταξη …
… και εδώ υπό γωνία …
Ξεκινάμε την ανάδευση, στις 700 στροφές …
… και κεντράρουμε το ποτήρι ζέσης, για να μην ξεφύγει ο μαγνήτης από την περιστροφή …
Ξεκινάμε και την θέρμανση, στους 250 οC …
Τώρα ξεκινάμε και τις μετρήσεις με το MultiLog …
Το πρόγραμμα Db – Lab 3.2 μας δίνει την γραφική παράσταση, στην οθόνη του υπολογιστή …
Πίεση P πράσινη γραμμή
Θερμοκρασία Θ1
( νερού ) κόκκινη γραμμή
Θερμοκρασία Θ2
( αέρα ) μπλε γραμμή
Μεγαλώνουμε το παράθυρο των γραφικών παραστάσεων …
… ενώ οι μετρήσεις από το Multilog συνεχίζονται …
Θερμοκρασία Θ1
( νερού ) κόκκινη γραμμή
Πίεση P πράσινη γραμμή
Θερμοκρασία Θ2
( αέρα ) μπλε γραμμή
Ανοίγουμε και τον προβολέα του εργαστηρίου …
… και προβάλουμε στον πίνακα την εξέλιξη του πειράματος …
Θερμοκρασία Θ1
( νερού ) κόκκινη γραμμή
Πίεση P πράσινη γραμμή
Θερμοκρασία Θ2
( αέρα ) μπλε γραμμή
Βλέπουμε την ραγδαία αύξηση της θερμοκρασίας του νερού, λόγω της θέρμανσης…
Θερμοκρασία Θ2
( αέρα ) μπλε γραμμή
Θερμοκρασία Θ1
( νερού ) κόκκινη γραμμή
Πίεση P πράσινη γραμμή
Εδώ βλέπουμε την πειραματική διάταξη, κατά την διάρκεια του πειράματος, με το μπουκάλι να βρίσκεται βυθισμένο εν μέρει, μέσα στο νερό που θερμαίνεται …
… οι μετρήσεις από το Multilog συνεχίζονται …
Θερμοκρασία Θ1
( νερού ) κόκκινη γραμμή
Πίεση P πράσινη γραμμή
Θερμοκρασία Θ2
( αέρα ) μπλε γραμμή
… και σιγά – σιγά βλέπουμε την πρώτη μεταβολή, που είναι η ισόχωρη, με την πίεση και την θερμοκρασία στο εσωτερικό του μπουκαλιού
να αυξάνονται με ανάλογο τρόπο…
Πίεση P πράσινη γραμμή
Θερμοκρασία Θ2
( αέρα ) μπλε γραμμή
Θερμοκρασία Θ1
( νερού ) κόκκινη γραμμή
Μπορούμε να θεωρήσουμε τον όγκο V σταθερό, αφού δεν παρατηρούμε αξιόλογη μεταβολή στο σχήμα του μπουκαλιού …
Η μεταβολή συνεχίζεται με τον ίδιο τρόπο, με την πίεση και την θερμοκρασία στο εσωτερικό του μπουκαλιού
να αυξάνονται με ανάλογο τρόπο…
Θερμοκρασία Θ1
( νερού ) κόκκινη γραμμή
Θερμοκρασία Θ2
( αέρα ) μπλε γραμμή
Πίεση P πράσινη γραμμή
Οι φυσαλίδες σχηματίζονται προφανώς λόγω της διαφοράς θερμοκρασίας, στο εσωτερικό του μπουκαλιού και στο νερό του δοχείου που θερμαίνεται …
Η αεροστεγής συσκευασία που έχουμε πραγματοποιήσει, μάλλον έχει πετύχει, γιατί ο αέρας που ξεφεύγει από τις τρύπες που έχουμε ανοίξει στο καπάκι,
παγιδεύεται από την μονωτική ταινία …
Το μπουκάλι δεν έρχεται σε επαφή με το βυθό του δοχείου,
για να θερμαίνεται πιο γρήγορα και για να γυρίζει
πιο άνετα ο μαγνήτης …
Σταματάμε την ανάδευση και την θέρμανση …
… και βγάζουμε το μπουκάλι από το δοχείο, όπου βλέπουμε ότι συρρικνώνεται …
Το αφήνουμε να κρυώσει και βγάζουμε και τον 1ο αισθητήρα από το δοχείο …
Παρατηρούμε στην γραφική παράσταση, ότι η πίεση παραμένει σχεδόν σταθερή, ενώ η θερμοκρασία στο εσωτερικό του μπουκαλιού πέφτει,
και αυτό εξηγεί την ελάττωση του όγκου αφού ισχύει η ισοβαρής μεταβολή, όπου …
Θερμοκρασία Θ1
( νερού ) κόκκινη γραμμή
Πίεση P πράσινη γραμμή
Θερμοκρασία Θ2
( αέρα ) μπλε γραμμή
Η πίεση στο εσωτερικό του μπουκαλιού δεν είναι η ατμοσφαιρική, είναι χαμηλότερη από αυτή και για αυτό τα τοιχώματα του δοχείου
είναι πιο ευάλωτα στην παραμόρφωση του σχήματος …
Η ισοβαρής μεταβολή συνεχίζεται …
Θερμοκρασία Θ1
( νερού ) κόκκινη γραμμή
Θερμοκρασία Θ2
( αέρα ) μπλε γραμμή
Πίεση P πράσινη γραμμή
… και επειδή η θερμοκρασία δεν δείχνει μεγάλες μεταβολές, δοκιμάζουμε και την ισόθερμη μεταβολή,
αλλάζοντας, συμπιέζοντας τον όγκο του δοχείου …
Η καταγραφή των μεγεθών σταματά και παρατηρούμε ότι η μείωση του όγκου …
Θερμοκρασία Θ1
( νερού ) κόκκινη γραμμή
Θερμοκρασία Θ2
( αέρα ) μπλε γραμμή
Πίεση P πράσινη γραμμή
… προκαλεί άμεση αύξηση της πίεσης …
Πίεση P πράσινη γραμμή
Θερμοκρασία Θ1
( νερού ) κόκκινη γραμμή
Θερμοκρασία Θ2
( αέρα ) μπλε γραμμή
Θερμοκρασία Θ1
( νερού ) κόκκινη γραμμή
Θερμοκρασία Θ2
( αέρα ) μπλε γραμμή
Πίεση P πράσινη γραμμή
Μεγεθύνουμε πρώτα, με την ταυτόχρονη αύξηση της πίεσης και της θερμοκρασίας …
Θερμοκρασία Θ1
( νερού ) κόκκινη γραμμή
Θερμοκρασία Θ2
( αέρα ) μπλε γραμμή
Πίεση P πράσινη γραμμή
Θερμοκρασία Θ1
( περιβάλλοντος ) κόκκινη γραμμή
Θερμοκρασία Θ2
( αέρα ) μπλε γραμμή
Πίεση P πράσινη γραμμή
… και μεγεθύνουμε κατόπιν, με την διατήρηση της πίεσης και την πτώση της θερμοκρασίας …
Θερμοκρασία Θ1
( περιβάλλοντος ) κόκκινη γραμμή
Θερμοκρασία Θ2
( αέρα ) μπλε γραμμή
Πίεση P πράσινη γραμμή
Πίεση P πράσινη γραμμή
Συμπιέζοντας τον όγκο, σε σταθερή θερμοκρασία …
Θερμοκρασία Θ2
( αέρα ) μπλε γραμμή
Πίεση P πράσινη γραμμή
… όπως φαίνεται από την τρίτη μεγέθυνση, έχω την ισόθερμη μεταβολή …
Τέλος παρουσίασης …