Практикум по физике (стр. 11 )

Аккуратно (не нагревая бутылку руками и дыханием) капнем внутрь совсем немного (одну или несколько капель) ацетона. Для чистоты эксперимента можно каждый раз возвращать поршень шприца в исходное положение, чтобы не изменять объём, (хотя это почти не влияет на результат).

Наблюдаем график давления. Давление должно расти, пока весь ацетон не испарится. Это легко отследить по "мокрому" пятну на бумаге внутри бутылки. Когда давление перестанет расти, капнем ещё немного ацетона, затем ещё и ещё пока ацетон не "перестанет" испаряться, а давление не выйдет на "полочку". В этом случае устанавливается динамическое равновесие - число испарившихся за некоторое время молекул равно числу сконденсировавшихся. Установившееся избыточное давление - это давление насыщенного пара ацетона. (При этом на дне должна обязательно находиться лужица жидкости или бумага должна быть мокрой.)

Упрощенный вариант: Получим 2-3 явных полочки, и, когда иссякнет терпение, выльем в бутылочку весь ацетон из шприца.

Остановим запись результатов.

Сохраним полученный файл.

Унесём закрытую бутылку (НЕ ОТСОЕДИНЯЯ ОТ БУТЫЛКИ ДАТЧИК!) сушиться в проветриваемое место или в вытяжной шкаф, и только там её откроем. Не заставляйте себя и окружающих вдыхать вредные вонючие пары.

Если надо повторить опыт, хорошо высушите бутылку или возьмите другую.

ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ:

1. График давления.

Распечатаем график, (сделаем масштаб хорошим, единицы измерения - правильными, количество знаков - верным, подпишем график). Будем готовы объяснить, что, где и почему происходило.

2. Сравнение получившегося давления насыщенного пара с данными справочника.

Запишем давление насыщенного пара ацетона и температуру, при которой выполнен опыт.

Справочник "Физические величины" (таблица "давление насыщенных паров органических веществ") на стр. 268 предлагает таблицу давлений насыщенного пара ацетона при различных температурах. (Откройте справочник! Здесь таблица приведена для тех, у кого нет справочника!)

давление, кПа	5	10	20	50	100
температура 0С	-10	3	17	37	55

По этим данным построим на миллиметровке или бумаге в клеточку график зависимости давления насыщенного пара ацетона от температуры. По графику определим, каким должно быть давление пара в вашем опыте.

Сравним получившееся давление со справочными данными. Сделаем выводы.

3. Сравнение испарившегося объёма ацетона с расчётным.

Запишем объём бутылки и количество (объём) испарившегося жидкого ацетона.

Оценим (рассчитаем), какая масса и объём жидкого ацетона может испариться в бутылке.

Аккуратно запишем вывод формулы и расчёты. (Просто применим уравнение Менделеева - Клапейрона. Формула ацетона C3H6O, отсюда легко узнать его молярную массу. Давление насыщенного пара известно. Плотность ацетона 791 кг/м3.) Сравним с тем количеством ацетона, которое вы залили в бутылку до момента установления динамического равновесия, запишем вывод.

4. Не забудьте поставить на место высушенную бутылку.

ТИПИЧНЫЕ ОШИБКИ В ЭТОЙ РАБОТЕ:

- Установка не герметична. Неплотные соединения, плохо закрыта пробка. Если есть сомнения в герметичности установки, не поленитесь проверить, нет ли утечки. Можно заглушить отверстие, куда вставляют шприц (специальной пробочкой или пальцем), поместить пробку под воду и, сжав пластиковую бутылку, посмотреть, не выходят ли пузырьки.

Если при выполнении работы давление в бутылке, установившись начинает снижаться, есть утечка.

Подсказка - в конце опыта должно получиться давление около 120 кПа.

ДОПОЛНИТЕЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ:

Можно в бутылку, в которую понемногу капаем ацетон, положить таблетку (или несколько таблеток) активированного угля (уголь продаётся в аптеке). Как известно, это вещество, имеющее огромную площадь поверхности, будет поглощать пары ацетона, поэтому давление должно постепенно падать. (Кстати, это свойство активированного угла позволяет применять его в противогазах). Только добейтесь, чтобы жидкий ацетон не попадал на таблетку. Попробуйте получить красивый результат, в частности, дойти до состояния, когда уголь перестанет поглощать пары ацетона. Вероятно, потребуется некоторое время на поглощение паров ацетона. Постройте график зависимости давления от времени, показывающий поглощение паров ацетона. Запишите выводы.

ЗАМЕЧАНИЕ

Не надо брать спирт вместо ацетона. Он содержит воду и вместо давления паров спирта получается … не сумма парциальных давлений, а … давление, значительно меньшее давления паров чистого спирта из-за взаимодействия его с водой. Как обычно, водка не приводит к хорошим результатам.

, шк.179 МИОО, 10 апреля 2011

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 9 - А

ИЗМЕРЕНИЕ ДАВЛЕНИЯ В ГАЗОВОЙ ЗАЖИГАЛКЕ

Эта небольшая работа может быть выполнена вместе с работой

"Измерение давления насыщенных паров ацетона"

ОБОРУДОВАНИЕ

- Обычная прозрачная одноразовая зажигалка, с которой снят металлический колпачок вместе с колёсиком и кремнем (то есть сама зажигалка поджечь выходящий газ не может). Подключение датчика давления к зажигалке осуществляется с помощью отрезка пластиковой трубки от использованного стержня обычной авторучки. На один конец стержня надевается шланг датчика, другой конец полотно прижимается к выходящей из зажигалки металлической трубочке во время опыта. Выпуск газа осуществляется простым нажатием на рычаг зажигалки.

Зажигалка имеет регулировочный рычаг. Чтобы опыт выполнялся быстрее, надо повернуть рычаг в положение максимального расхода газа.

Желательно иметь две подготовленных зажигалки, чтобы сразу охладить одну из них и измерить давление при пониженной температуре.

- NOVA, датчик давления.

ВНИМАНИЕ!

Не должно быть рядом никакого открытого огня.

С зажигалки должно быть обязательно снято колёсико и кремень.

Делайте опыт в проветриваемом помещении или в вытяжном шкафу.

НЕ ДОПУСКАЙТЕ УТЕЧКИ ГАЗА.

Опыт делается в присутствии учителя.

ЗАМЕЧАНИЕ: ОСОБЕННОСТИ ДАТЧИКОВ ДАВЛЕНИЯ, ИСПОЛЬЗУЕМЫХ В НАШЕЙ ШКОЛЕ:

Датчики давления лаборатории "Архимед" работают со значительными ошибками. Если они до сих пор не исправлены (спросите учителя), необходимо пересчитать данные по формуле P = 1,21*Pдатч - 22,6 (Здесь Рдатч - измеренное давление, Р - верное). При помощи этой функции можно скорректировать данные непосредственно в программе Multilab. (Следует отметить, что через мастер анализа выполнить это простое линейное преобразование на наших NOVA-5000 не получалось!) В этой работе без корректировки данных ошибки измерения давления - до 20%, и их легко исправить, пользуясь формулой.

0. ПОДГОТОВКА:

- В конце работы потребуется охлажденная зажигалка, поэтому сразу до выполнения работы положите одну зажигалку в морозильник, там -180С.

(Вариант - в холодную воду, в которой тает снег - там 00С).

- 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 не менее 300-400 кПа, убедиться, что оно не падает со временем в течение 10-20 секунд.)

1. Измерьте давление в зажигалке при комнатной температуре (её надо измерить и записать). Для этого плотно подсоедините датчик давления, запустите измерения, нажатием на рычаг откройте клапан. ВНИМАНИЕ! Не должно быть утечки газа. Если есть утечка, немедленно прекратите опыт и добейтесь плотного соединения зажигалки с переходником, затем повторите опыт. Когда давление полностью установится (для этого может потребоваться десяток-другой секунд - отследим нужную длительность опыта по графику давления и по тому моменту, когда капельки жидкости в трубке перестанут двигаться) закончите опыт, потом отсоедините датчик.

Запишите полученное установившееся давление.

2. Выполните такой же опыт при пониженной температуре для зажигалки, которая полежала в морозильнике или другом холодном месте. Чтобы зажигалка не нагрелась во время проведения опыта, теплоизолируйте её (обмотайте салфетками и т. п.), выполняйте опыт быстро! Запишите полученное установившееся давление.

3. Ниже приведена часть таблицы из справочника "Физические величины"- "Давление паров органических веществ" для БУТАНА С4H10 (для тех, у кого нет справочника):

50 кПа - 254К

100 кПа - 270К, (стр. 269 справочника)

148 кПа - 10 0С, (стр. 281 справочника)

207 кПа - 20 0С

283 кПа - 30 0С

378 кПа - 40 0С

…………….

1529 кПа - 1000С

Сравните результаты измерений с имеющимися справочными данными.

Поскольку температуры ваших зажигалок, вероятно, не совпадают с теми температурами, для которых в справочнике приведены давления паров, постройте график зависимости давления паров от температуры по данным справочника, потом возьмите данные для ваших температур из этого графика.

Можно ли утверждать по результатам опыта, что в зажигалке находится чистый бутан?

4. ОТВЕТЬТЕ НА ВОПРОСЫ:

- Могло ли и как наличие воздуха в шланге датчика значительно повлиять на результаты опыта? Почему?

- Сколько времени вы охлаждали зажигалку и какую температуру, как вы считаете, имел охлаждённый газ?

- Почему газовая плитка плохо работает на морозе?

- В некоторых аэрозолях жидкий бутан используют для поддержания давления внутри баллона. Изменяется ли давление в баллоне по мере использования газа?

- Почему нельзя нагревать аэрозольный баллончик? Приведите соответствующие табличные данные.

ТИПИЧНЫЕ ОШИБКИ В ЭТОЙ РАБОТЕ:

- Забыли охладить зажигалку заранее - на это потребуется минут 20!

- Охладив зажигалку в морозильнике, не теплоизолировали её (например, обмотав салфетками), или же долго держали в тепле, вместо того, чтобы немедленно провести измерение.