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 …