Практикум по физике (стр. 12 )

- плохое подсоединение зажигалки к датчику давления. При этом НЕДОПУСТИМА утечка газа. Даже не пытайтесь проводить измерения, если ядовитый и горючий газ, шипя, вырывается наружу!

, шк.179 МИОО, март 2010

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 10

ИЗУЧЕНИЕ ЗАВИСИМОСТИ ДАВЛЕНИЯ

НАСЫЩЕННГО ПАРА ВОДЫ ОТ ТЕМПЕРАТУРЫ

ОБОРУДОВАНИЕ

- вода, электрический чайник, NOVA, датчик давления.

- Вариант А - герметичный металлический сосуд с небольшим количеством воды, подключаемый к датчику давления.

- Вариант В (лучше) - Два герметичных металлических сосуда, оборудованные трубками для подключения к датчику давления. Хорошо подойдёт баллончик с уже подсоединённой медной трубкой, который находится рядом с насосом выброшенного на свалку холодильника. Один сосуд - с небольшим количеством воды, другой - строго сухой. Сосуды одновременно подключают к двум датчикам давления и опускают в чайник с водой.

(Сосуды должны надёжно выдерживать давление 200 кПа, не быть стеклянными (опасно!), не деформироваться от нагревания в кипятке. Можно попробовать использовать алюминиевые сосуды от использованных баллончиков с распыляемыми лекарствами типа "Каметон". В выходной пластиковой трубке такого баллончика вдоль её оси просверливается отверстие, то есть ликвидируется клапан, а сам сосуд остается крепким и стойким к нагреванию выше 100°С. Однако возникает вопрос - как отмыть баллончик от остатков масла изнутри)

ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ

Знание газовых законов, знание темы "пар".

ЦЕЛИ РАБОТЫ:

Получить зависимость давления насыщенного пара воды от температуры в диапазоне

от 0-150С до 100 0С. Сравнить давления в "сухом" и "мокром" сосудах.

Сравнить полученные значения давлений насыщенного пара со справочными данными.

МЕРЫ БЕЗОПАСНОСТИ:

Установите компьютер в удобном безопасном месте, исключающем возможность попадания на него воды.

Осторожно обращайтесь с горячим чайником! Не оставляйте чайник с кипятком без присмотра, если кипяток уже не нужен – сразу вылейте его. Выливая кипяток в керамическую раковину, лейте медленно, при этом откройте кран с водой, иначе раковина может треснуть.

Чайник работает от сети 220В! Не трогайте провода, имейте сухие руки, не ставьте чайник в раковину и на мокрые поверхности, не лейте воду куда не надо.

ТЕОРИЯ

Прочитайте и поймите, затем прочитайте ещё раз и выполните:

Герметичный сосуд, содержащий воздух и немного воды, подключенный к датчику давления, поместим внутрь чайника с холодной (лучше- ледяной) водой, включим чайник, вода вместе с сосудом будет нагреваться. Будем измерять давление в сосуде и температуру воды в чайнике (она равна температуре в сосуде). Затем построим зависимость давления от температуры.

Но всё не так просто… Проблема в том, что изначально в сосуде есть воздух, давление которого будет изменяться с увеличением температуры и добавляться к давлению пара. Можно было бы избавиться от воздуха, заставив воду в сосуде кипеть некоторое время, (тогда воздух был бы вытеснен паром), но, к сожалению, датчики давления не умеют измерять низкие (ниже 30 кПа) давления. Поэтому (вариант А) придется сделать опыт с водой и воздухом вместе, затем рассчитать давление воздуха. (Это несложно, процесс для воздуха изохорный, начальное атмосферное давление измерено, начальная температура – тоже.) Возможно использование результатов работы "Изучение изохорного процесса" для нахождения давлений сухого воздуха при различных температурах.

Затем из общего давления в сосуде надо вычесть это расчетное давление воздуха.

ВАРИАНТ В - более "честный"- вместо расчета давления сухого воздуха будем в ходе опыта измерять его во втором сосуде с сухим воздухом. Сосуды могут быть и разного размера - ведь давление не зависит от этого, но важно, чтобы было тепловое равновесие между ними. Затем из графика суммарного давления вычтем график давления сухого воздуха. (Вариант В не опробован экспериментально. Вариант А в наших опытах давал заниженные значения давлений пара, особенно при приближении температуры к 100оС, что, возможно, вызвано конденсацией пара в шланге датчика давления.)

ОПЫТ:

Если надо, подключим компьютер к блоку питания.

Подключим к компьютеру датчики давления и температуры, установим частоту 10 измерений в секунду, продолжительность опыта не менее 10 минут.

Перед началом работы проверьте датчики 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.)

В сосуд (он герметично закрыт, единственное отверстие- трубочка для подсоединения датчика давления) шприцем с иглой нальём 3 - 5 мл воды, поместим сосуд в чайник. Вода в чайнике должна быть холодной (а лучше-ледяной) - это даст возможность пренебречь давлением водяного пара в начале опыта, Если на улице зима, не поленитесь сходит за снегом для охлаждения воды. Плотно подсоединим шланг датчика давления. Позаботимся, чтобы шланг не соскакивал и не перегибался, чтобы датчик не висел на шланге, чтобы пар при кипении воды не попадал на датчик. Можно пользоваться штативом.

Вариант В - в тот же чайник опустим и сосуд с "сухим" воздухом, подключим к нему другой датчик давления.

Следите, чтобы в "сухой" сосуд не попала вода!

Обеспечим, чтобы сосуды и датчик температуры не касались нагревательного элемента внутри чайника.

Запустим регистрацию данных.

Включим чайник (чтобы он нагревался медленнее, желательно включить его через регулятор напряжения или диод, понижающий мощность вдвое).

Доведем воду в чайнике до кипения и секунд 30 аккуратно покипятим воду, заботясь о том, чтобы она не выплёскивалась. (Если вода слишком сильно кипит, можно периодически кратковременно выключать чайник.)

Остановим измерения, аккуратно выльем кипяток.

Сохраним полученный файл.

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 будут значительными, НЕОБХОДИМО скорректировать данные, хотя бы даже и пересчитав их по формуле "вручную".

Давление насыщенных паров воды – фрагмент таблицы из справочника "Физические величины", стр. 254.

t, 0C	0	6	10	20	30	40	50	60
Р, кПа	0,61	0,94	1,22	2,33	4,24	7,37	12,3	19,9
t, 0C	70	80	86	90	94	96	98	100
Р, кПа	31,1	47,3	60,1	70,1	81,5	87,7	94,3	101,3

Вариант А: По данным опыта заполним таблицу со столбцами:

Температура, Общее давление, Расчетное давление воздуха (его найдём по уравнению P/T=P0/T0), Искомое давление пара, Табличное значение давления пара. Данные надо снимать через 5-10 градусов (а на некоторых участках чаще). Для снятия данных используйте курсор.

Выбрав правильный масштаб, по этой таблице построим на миллиметровке "экспериментальный" график зависимости давления насыщенного пара воды от температуры и на этом же листе - "теоретический" график по табличным данным.

(Попытки заставить "NOVА" построить график за вас, вероятно, приведут к огромным потерям вашего времени).

Вариант В:

Получим графики зависимости давления в сосуде "с водой" и давление в сосуде "без воды" от температуры. (Выберем в качестве аргумента температуру.)

Вычтем из давления в сосуде "с водой" давление в сосуде "без воды". Получим зависимость давления насыщенного водяного пара от времени. Обеспечим хороший масштаб, подпишем график и выведем его на печать.

На этом же листе построим (нарисуем) график по табличным значениям давления.

Запишем выводы по работе. Проанализируем, возможно, результаты не полностью соответствуют теории, постараемся объяснить, почему.

шк.179 МИОО, 10 апреля 2011

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 11

ИЗУЧЕНИЕ ИЗОТЕРМИЧЕСКОГО И АДИАБАТНОГО ПРОЦЕССОВ

ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ –

знание газовых законов, изопроцессов, адиабатного процесса.

ОБОРУДОВАНИЕ:

NOVA, датчик давления, термометр или датчик температуры, принтер, шприц приблизительно на 2-3, 5- 10, 20-25 мл с поршнями, имеющим резиновые уплотнения (не изношенные).

ЦЕЛИ РАБОТЫ:

- Оценить быстроту выравнивания температуры после быстрого сжатия газа в шприце с температурой окружающей среды.

- Проверить выполнение закона Бойля-Мариотта.

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 значительны, обязательно надо пересчитать давления!