17 Návod,Tepelné děje

Projekt: Podpora rozvoje praktické výchovy ve fyzice a chemii
Návod k laboratorní práci „Tepelné děje “
Teorie
V ideálním plynu se stálým množstvím částic, platí následující zákony:
1) Boyle-Mariottův zákon:
Při izotermickém ději s ideálním plynem stálé hmotnosti je tlak plynu nepřímo úměrný jeho objemu. p∙V = konst.
2) Charlesův zákon:
Při izochorickém ději s ideálním plynem stálé hmotnosti je tlak plynu přímo úměrný jeho termodynamické teplotě.
p = konst·T.
Robert Boyle (1627 - 1691)
Edme Mariotte(1620-1684)
Izoterma:
Izochora:
Alexander Cézar Charles (1746-1823)
TERMODYNAMICKÁ TEPLOTA T
- jedna ze základních veličin soustavy SI.
- jednotka [ T ] = 1 K (Kelvin), to je teplota, která odpovídá 1/273,16 termodynamické teploty trojného bodu vody.
TERMODYNAMICKÁ TEPLOTNÍ STUPNICE
určena jednou základní teplotou: 273,16 K ( = teplota rovnovážného stavu ledu, vody a syté páry)
Absolutní nula (- 273,15°C) je teplota, při které by se zastavil tepelný chaotický pohyb.
Úkol č. 1:
Pomůcky:
Experimentálně ověřte Boyle-Mariottův zákon.
LabQuest, senzor tlaku plynu GPS-BTA s příslušenstvím
Postup práce:
Zapojení proveďte pomocí návodu firmy Vernier http://www.vernier.cz/experimenty/gml/fyzika/
Na stříkačce (je příslušenstvím tlakoměru) nastavte objem 10 ml. Připojte ji takto k tlakoměru zašroubováním o půl otáčky.
Zapojte tlakoměr do analogového vstupu LabQuestua LabQuest propojte s počitačem.
V programu Logger Pro zvolte Experiment→Sběr dat a změňte Mód na Události sevstupy, popis dle obrázku.
Projekt: Podpora rozvoje praktické výchovy ve fyzice a chemii
Na stříkačce nastavte požadovaný objem, stiskněte a do okna, které se otevře, zapište objem v ml. Hodnota odpovídajícího tlaku
mu bude automaticky přiřazena. Postupujte od 10 ml do 5 ml a pak od 11 ml do 15 ml vždy po 1 ml.
Pozor, objem nesmí klesnout pod 5 ml!
V nastaveni grafu nechejte zobrazit jednotlivé body, které nebudete spojovat.
Identifikujte typ křivky p = f(V) a odpovídající matematickou funkci. Prostřednictvím menu Analýza→Proložit křivku proložte
body vhodnou křivkou.
Na základě tvaru křivky a rovnice regrese rozhodněte, zda se podařilo ověřit Boyle-Mariottův zákon.
Úkol č. 2:
Pomůcky:
Experimentálně ověřte Charlesův zákon
Tlakoměr Vernier s příslušenstvím, teploměr Go! Temp, LabQuest, počítač s programem
Logger Pro, stojan, konická baňka, nádobka o objemu cca 1 l (PET láhev), varná konvice.
Postup práce:
Proveďte s10 měřeni v teplotním intervalu 20 °C až 90 °C. Do konické baňky vsuňte gumovou zátku se dvěma otvory (je
příslušenstvím tlakoměru). Do jednoho z nich našroubujte uzávěr (ponechejte jej otevřený). Do druhého napojte hadičku, jejíž
druhý
konec zašroubujte do tlakoměru. Tlakoměr je zapojen v LabQuestu, LabQuest do počítače. Baňku připevněte ke stojanu a ponořte
do nádoby s vodou o pokojové teplotě. V tento okamžik zavřete ventil; tento musí zůstat uzavřen po celou dobu měření. Zátka
musí v hrdle baňky držet pevně, aby vzduch nemohl zevnitř unikat.
Do USB portu počítače vsuňte teploměr Go!Temp. V programu Logger Pro zvolte Experiment →Sběr dat a nastavte Mód
Vybrané události. Postupně budete měnit teplotu vody v nádobě a budete sledovat tlak a teplotu plynu.
Pozor, nádoba s vodou o 90 °C je horká!
V programu Logger Pro sestrojte graf závislosti tlaku na teplotě. Proložte jej vhodnou křivkou.
Na základě grafu rozhodněte, zda jste ověřili Charlesův zákon.
Dbejte: abyste se nesnažili plyn stlačit co nejvíce, abyste napojením stříkačky na tlakoměr manipulovali velmi opatrně, aby zátka
pevně držela, ale nebyla zaražena příliš hluboko, aby se hadička vedoucí k tlakoměru nedotýkala horké nádoby, abyste nebrali
nádobu s horkou vodou do ruky atp.
(Vyzkoušejte si měření jiným způsobem: Nachystejte si studenou vodu do kádinky (nebo přímo do elektro-varné konvice). Dejte
pozor aby se teploměr nebo baňka nedotýkala spirály konvice. V menu Záznam dat zvolte režim: Časová základna; Frekvence: 1
čtení/s; Trvání: 180 s. Zvolte okno Graf. Na svislé ose je tlak a na vodorovné teplota. Zapneme konvici a stiskneme tlačítko
START na LabQuestu. Jakmile skončí ohřívání (konvice vypne), zastavíme měření.