Практикум по физике (стр. 10 )

- Обеспечите, чтобы датчик давления и нагреваемый сосуд НЕ висели на шланге. Пользуйтесь штативом.

- Добейтесь, чтобы датчик температуры внутри чайника был рядом с нагреваемой колбой. И, конечно, НЕ касался дна или нагревательного элемента чайника (важно!) Удобно прикрепить датчик проволочкой к колбе. Чувствительный элемент находится у конца трубки датчика.

- Если Вы пользуетесь стеклянной колбой, прикройте крышку чайника так, чтобы колба не всплывала. Убедитесь, что провода, пробка и шланг не попали в воду, в то же время колба должна быть почти полностью под водой.

- Перед включением установки ещё раз убедитесь, что на столе порядок, нет лишних предметов, никто не толкнёт горячий чайник и не запутается в ваших проводах, а на компьютер не попадёт вода.

Покажите установку и порядок на столе учителю. Будьте готовы ответить на вопросы о мерах безопасности при выполнении работы.

ДОПОЛНИТЕЛЬНО (не обязательно).

Желающие могут исследовать влияние скорости нагревания на результаты работы, почёт будет им за это. Для этого надо сделать опыт дважды - при нагревании, а затем (не выключая записи) – при охлаждении. (Тогда надо запастись терпением - чайник остывает почти час, подключить компьютер к блоку питания, установить частоту одно измерение в секунду). В результате на одном поле получится два графика, совпадение которых покажет нам отсутствие утечки и влияние возможного запаздывания установления температуры в колбе и в датчике температуры. В этом случае сначала всё же следует сделать простой вариант эксперимента (только для нагревания), а затем, приобретя нужный опыт, выполнить длительный опыт с нагреванием и последующим охлаждением.

ВЫПОЛНЕНИЕ ОПЫТА

- Запустите измерение, включите чайник. При закипании воды выключите чайник и остановите запись.

ВНИМАНИЕ! Не пропустите этот момент, а то вода начнет выплёскиваться.

ОСТОРОЖНО!

- Будьте весьма осторожны с кипятком. По окончании измерений сразу вылейте кипяток из чайника.

- Для стеклянной колбы: Всё горячее, а колба под давлением! Прежде чем вынуть колбу, отсоедините её от датчика давления.

ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ ОПЫТА

- Сохраните файл, присвойте ему имя, чтобы возможные сбои программы не уничтожили данные Вашего эксперимента.

- На экране получатся графики зависимостей температуры и давления от времени.

- Посмотрите, линейна ли зависимость температуры от времени. Вероятно, при низких температурах - почти линейна, а при более высоких температурах наклон графика уменьшается. Подумайте и напишите, почему это так.

- Получите на экране график зависимости давления от температуры.

Для этого используйте иконку внизу - "Свойства графика"- ЛИНИИ - для графика давления в качестве "оси x" надо указать температуру. Здесь же (если надо) выберите "вручную" хороший масштаб (так, чтобы график занимал почти полное поле).

- Получите уравнение аппроксимирующей прямой с помощью компьютера.

Инструменты - Анализ - Линейное приближение. Поставьте курсор на полученный график. Внизу вы увидите уравнение полученной прямой. ( Только оно в странном виде: f(x) = …x +… На самом деле f(x) - это P(t) , х - это t.)

Запишите это уравнение P(t) =….

- Распечатайте график P(t) и его линейное приближение в таком масштабе, чтобы графики занимали почти всё поле. Не забудьте подписать графики. Позаботьтесь о читаемых числах на осях. Линеен ли экспериментальный график? Выполняется ли закон Шарля? Можно и выводы напечатать на графиках.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЗНАЧЕНИЯ АБСОЛЮТНОГО НУЛЯ

- При помощи графика P(t) для изохорного процесса легко определить значение абсолютного нуля температуры. Оно соответствует той точке, где давление газа равно нулю. Аппроксимируем график прямой линией. Если сделать это "на глаз", будет плохая точность, т. к. имеющийся участок графика короткий. Поэтому воспользуемся уравнением линейного приближения P(t) =…. Рассчитаем t, при котором P(t) = 0. Это и есть значение абсолютного нуля.

Для графика зависимости давления от температуры выберите "вручную" соответствующий масштаб. (Давление - от нуля, температура – от получившегося "абсолютного нуля" в градусах Цельсия до 100 0С). Добейтесь правильной картинки на экране. Распечатайте график, приложите прозрачную линейку, нарисуйте аппроксимирующую прямую, укажите на графике значение абсолютного нуля (то самое, которое рассчитали по уравнению аппроксимирующей прямой.)

Запишите выводы по работе. Проанализируйте, полученные результаты. Возможно, что-то не полностью соответствует теории, постарайтесь объяснить, почему.

ТИПИЧНЫЕ ОШИБКИ ПРИ ВЫПОЛНЕНИИ ЭТОЙ РАБОТЫ:

- неосторожное обращение со стеклянными колбами и, особенно, стеклянными трубками предоставляет широкие возможности для травмирования рук;

- датчик температуры касается дна чайника (нагревательного элемента) и показывает завышенную температуру;

- не проверили датчик давления в начале опыта, а он даёт утечку.

- установка не герметична. Неплотные соединения, плохо закрыта пробка.

- колба не полностью погружена в воду - нет гарантии теплового равновесия датчика температуры и газа в колбе;

- датчик температуры и колба находятся в разных местах чайника, где температура воды разная;

- датчик висит на шланге, шланг портится, особенно при высоких температурах;

- вода выплескивается из чайника при кипении - это плохо и опасно;

- на столе беспорядок – лишние предметы вредны при работе с кипятком.

, шк.179 МИОО, 10 апреля 2011

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 9

ИЗМЕРЕНИЕ ДАВЛЕНИЯ ПАРА АЦЕТОНА

ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ:

Знание газовых законов, знание темы "Пар".

ОБОРУДОВАНИЕ: - Вариант А

Обычная прозрачная пластиковая бутылка объёмом 1 литр, герметично закрывающаяся пластиковой пробкой. В эту пробку вставлен переходничок от системы для переливания крови для подключения датчика давления (и тщательно приклеен, чтобы не было утечки), а также пропущена (и тоже герметично) игла от шприца для подключения шприца, через который в бутылку добавляется ацетон.

- Вариант Б (менее удобный)

прозрачная колба (а лучше и безопаснее – пластиковая бутылка) объёмом 0,4 - 1 литр, герметично закрывающаяся резиновой пробкой. Сквозь эту пробку пропущено две иглы от шприца – одна - для подключения датчика давления (через переходничок от системы для переливания крови), другая - для подключения шприца, через который в бутылку добавляется ацетон. Пробка должна плотно держаться и выдерживать избыточное давление в бутылке не менее 30кПа. В пробке не должно быть никаких лишних отверстий, в том числе от прокалывания иглами, чтобы не возникло утечки.

На дно бутылки (в то место, куда будет попадать ацетон из шприца) рекомендуется положить кусочек белой шероховатой бумаги, чтобы капелька ацетона испарялась быстрее, а также чтобы видеть, присутствует ли жидкость в бутылке или всё уже испарилось. (Это не обязательно, но работа " с бумагой" получается лучше и нагляднее. На результаты наличие бумаги не влияет.)

- шприц с пластиковым (не резиновым) поршнем на 1-2 мл с ацетоном (в опыте используем около 0,5-1 мл ацетона)

- NOVA, датчик давления, датчик температуры или термометр,

- справочник "Физические величины" (желательно),

- ацетон в герметично закрывающемся пузырьке.

ЦЕЛЬ РАБОТЫ:

- наблюдение установления давления пара ацетона в бутылке при постоянной комнатной температуре.

- измерение давления насыщенного пара ацетона при комнатной температуре.

ВЫПОЛНЕНИЕ РАБОТЫ:

ПОДГОТОВКА:

- Перед началом работы проверьте датчик давления. Иногда неплотно надет шланг, и есть утечка. Рекомендуется подсоединить к датчику сухой шприц на 2-10 мл. с резиновым поршнем, включить регистрацию данных, создать давление 200- 400 кПа, убедиться, что оно не падает со временем в течение 10-20 секунд.)

- Измерим температуру в комнате термометром или датчиком температуры.

Запишем температуру.

- Подключим к NOVA датчик давления.

ОСТОРОЖНО!

- Пары ацетона ядовиты и весьма пожароопасны. Категорически запрещается зажигать спички и зажигалки рядом с местом проведения опыта или там, где сушится бутылка.

- Бутылку с парами ацетона можно открывать и сушить только в вытяжном шкафу или вдали от людей в проветриваемом помещении. Спросите учителя, где. Также не надо отключать от бутылки датчики в кабинете - после опыта в бутылке избыточное давление, поэтому часть вонючих паров выйдет из бутылки.

- Соберём установку. Осторожно, но плотно подключим шланг датчика давления. Обеспечим, чтобы установка стояла удобно, датчик НЕ висел на своём шланге, ацетон попадал на вложенную в бутылку бумажку. Можно пользоваться штативом.

- В маленький шприц наберём около 0,5 мл ацетона (для бутылки 0,5 литра) и подсоединим шприц (ацетон до начала опыта не должен попадать внутрь бутылки – важно!) Запишите, сколько жидкости было в шприце - в конце опыта потребуется узнать, сколько ацетона испарилось в бутылке.

- В опыте давление будет повышаться от атмосферного до чуть большего. Если ничего не сделать, масштаб давления на графике "начнется" от нуля. Чтобы увидеть что-то интересное на графике, надо сразу отказаться от автоматического масштабирования и "вручную" задать масштаб, например, от 99 до 129 кПа. Выводим на экран, разумеется, график зависимости давления от времени.

- Установим частоту 10 замеров в секунду, время эксперимента – непрерывно.

ЭКСПЕРИМЕНТ:

Запустим эксперимент.

В ходе опыта не надо держать бутылку руками и нагревать или охлаждать её. Постоянная температура важна. Не надо открывать окно рядом с установкой во время опыта.

- Подождём 20-30 секунд, чтобы убедиться, что давление в бутылке постоянно. ("Постоянно"- значит, меняется мало по сравнению с изменениями давлений из-за испарения ацетона, с которыми мы будем иметь дело.) Возможно, за бутылку подержались рукой и она остывает - тогда давление будет понижаться.