pracovní list studenta Struktura a vlastnosti plynů Stavová rovnice ideálního plynu Vojtěch Beneš



Podobné dokumenty
pracovní list studenta

pracovní list studenta

pracovní list studenta

Charlesův zákon (pt závislost)

pracovní list studenta Kmitání Studium kmitavého pohybu a určení setrvačné hmotnosti tělesa

pracovní list studenta Elektrický proud v kovech Voltampérová charakteristika spotřebiče Eva Bochníčková

pracovní list studenta RC obvody Měření kapacity kondenzátoru Vojtěch Beneš

Mechanické kmitání Kinematika mechanického kmitání Vojtěch Beneš

pracovní list studenta

HYDROSTATICKÝ TLAK. 1. K počítači připojíme pomocí kabelu modul USB.

pracovní list studenta Elektromagnetické jevy Magnetické pole cívky Eva Bochníčková

TEPLO PŘIJATÉ A ODEVZDANÉ TĚLESEM PŘI TEPELNÉ VÝMĚNĚ

Práce se spektrometrem SpectroVis Plus Vernier

pracovní list studenta

pracovní list studenta

TLAK PLYNU V UZAVŘENÉ NÁDOBĚ

Počítačem podporované pokusy z mechaniky

Třída..Datum. 5. upravte interval sběhu dat v průběhu měření: Experiment Sběr dat: délka 300 sekund; 1 vzorek/sekundu, 1 sekunda/vzorek.

Digitální učební materiál

pracovní list studenta

PŘECHODOVÝ JEV V RC OBVODU

pracovní list studenta

pracovní list studenta

Elektrický zdroj napětí

Digitální učební materiál

Digitální učební materiál

Digitální učební materiál

HYDROSTATICKÝ PARADOX

Změna teploty varu roztoku demonstrační pokus VY_52_Inovace_222 Vzdělávací oblast: Člověk a příroda Vzdělávací obor: Chemie Ročník: 8

Počítač s programem Logger Pro napojený na dataprojektor, LabQuest, spirometr Vernier s bakteriálním filtrem a náustky, kolíček na nos

pracovní list studenta Střídavý proud Fázové posunutí napětí a proudu na cívce Pavel Böhm

FJFI ČVUT V PRAZE. Úloha 8: Závislost odporu termistoru na teplotě

pracovní list studenta Struktura a vlastnosti pevných látek Deformační křivka pevných látek, Hookův zákon

DOMÁCÍ HASICÍ PŘÍSTROJ (ČÁST 1)

d p o r o v t e p l o m ě r, t e r m o č l á n k

Tepelné změny při vypařování kapalin (laboratorní práce)

FYZIKÁLNÍ PRAKTIKUM FJFI ČVUT V PRAZE

Práce tepelného stroje

SCLPX 07 2R Ověření vztahu pro periodu kyvadla

Úloha č.1: Stanovení molární tepelné kapacity plynu za konstantního tlaku

ZAPOJENÍ REZISTORŮ ZA SEBOU

Laboratorní úloha č.8 MĚŘENÍ STATICKÝCH A DYNAMICKÝCH CHARAKTERISTIK

Voda a život Wasser und Leben

Digitální učební materiál

pracovní list studenta Kombinatorika, pravděpodobnost, základy statistiky Jak jsou vysocí? Mirek Kubera

9. Struktura a vlastnosti plynů

pracovní list studenta

du dq dw je totální diferenciál vnitřní energie a respektive práce. Pokud systém může konat pouze objemovou práci platí OCHV

ODPOR TERMISTORU. Pomůcky: Postup: Jaroslav Reichl, 2011

II. Zakresli množinu bodů, ze kterých vidíme úsečku délky 3 cm v zorném úhlu větším než 30 0 a menším než 60 0.

Termistor. Teorie: Termistor je polovodičová součástka, jejíž odpor závisí na teplotě přibližně podle vzorce

Závislost odporu termistoru na teplotě

Experimenty se systémem Vernier

ZADÁNÍ LABORATORNÍHO CVIČENÍ

ZAPOJENÍ REZISTORŮ VEDLE SEBE

Pracovní návod 1/5

4. Stanovení teplotního součinitele odporu kovů

ATMOSFÉRICKÝ TLAK A NADMOŘSKÁ VÝŠKA

TEPLOTA PLAMENE. Cílem pokusu je sledování teploty plamene svíčky pomocí senzoru teplot širokého rozsahu.

Typy chemických reakcí Laboratorní práce

BARVA POVRCHU TĚLESA A SVĚTLO

pracovní list studenta

Sestavení vlastní meteostanice - měřeni teploty a tlaku vzduchu, grafické zpracování teplotním čidlem a barometrem

3.5 Ověření frekvenční závislosti kapacitance a induktance

Fyzikální praktikum 1

Charakteristika ultrazvuku a jeho využití v praxi

pracovní list studenta

Tepelné změny chladicí směsi (laboratorní práce)

Sestavení vlastní meteostanice - měřeni teploty a grafické zpracování teplotním čidlem. (práce v terénu + laboratorní práce)

Laboratorní cvičení z fyziky Stavová rovnice plynu

Odporový dělič napětí a proudu, princip superpozice

Luxmetr LS-BTA, lampička, izolepa, 32 kusů průhledné fólie (nejlépe obaly od CD).

Další vzdělávání pro pracovníky škol v Plzeňském kraji CZ.1.07/1.3.47/ DEN UČITELŮ CHEMIE. Vladimír Sirotek, Jitka Štrofová

Experimenty s Vernierem. Matematika. Tlak (kpa) (26,14, 115,226 ) Čas(s) GML Gymnázium Matyáše Lercha Brno

Laboratorní práce č. 1: Měření délky

Experimentální metody EVF I.: Vysokovakuová čerpací jednotka

"Rozvoj vědy a pokrok poznání se stávají stále obtížnější. Na experimentování již nestačí zápalky a sláma." Richard Philips Feynman

CHEMIE. Pracovní list č.1 - žákovská verze Téma: Stanovení obsahu oxidu uhličitého. Mgr. Lenka Horutová. Student a konkurenceschopnost


LINEÁRNÍ REGRESE Komentované řešení pomocí programu Statistica

Grafy s fyzikální. tématikou ANOTACE VY_32_INOVACE_56. VY_32_INOVACE_56 Grafy s fyzikální tématikou autorka: Mgr. Lenka Andrýsková, Ph.D.

Měření měrné telené kapacity pevných látek

Digitální učební materiál

MĚŘENÍ Laboratorní cvičení z měření. Měření oteplovací charakteristiky, část 3-3-4

plynu, Měření Poissonovy konstanty vzduchu

Úloha č. 3: Přeměna práce Stirlingova motoru na elektrickou energii

STRUKTURA A VLASTNOSTI PLYNŮ POJMY K ZOPAKOVÁNÍ. Testové úlohy varianta A

Zákony ideálního plynu

Fungování tepelné izolace - měření úniku tepla na modelech klasického a zatepleného domu (experiment)

VYPAŘOVÁNÍ POMŮCKY NASTAVENÍ MĚŘICÍHO ZAŘÍZENÍ. Vzdělávací předmět: Fyzika. Tematický celek dle RVP: Energie. Tematická oblast: Změny skupenství látek

IDEÁLNÍ PLYN. Stavová rovnice

1. Okalibrujte pomocí bodu tání ledu, bodu varu vody a bodu tuhnutí cínu:

Měření magnetické indukce permanentního magnetu z jeho zrychlení

Účinky elektrického proudu. vzorová úloha (SŠ)

Tlumené kmitání tělesa zavěšeného na pružině

Měření teplotní roztažnosti

Měření tíhového zrychlení reverzním kyvadlem

PROTOKOL O PROVEDENÍ LABORATORNÍ PRÁCE

Elektronické praktikum EPR1

Měření modulů pružnosti G a E z periody kmitů pružiny

Transkript:

Výstup RVP: Klíčová slova: pracovní list studenta Struktura a vlastnosti plynů Vojtěch Beneš žák měří vybrané fyzikální veličiny vhodnými metodami, zpracuje a vyhodnotí výsledky měření, aplikuje s porozuměním termodynamické zákony při řešení konkrétních fyzikálních úloh stavová rovnice, ideální plyn, izoděje, tlak, objem, teplota, Boyle-Mariottův zákon, Charlesův zákon Sexta Laboratorní práce Doba na přípravu: 15 min Doba na provedení: 90 min Obtížnost: vysoká úloha Úkol Pomůcky 1. Experimentálně ověřte Boyle-Mariottův zákon. 2. Experimentálně ověřte Charlesův zákon, odvoďte z něj teplotu absolutní nuly. Tlakoměr Vernier s příslušenstvím, teploměr Go!Temp, LabQuest, počítač s programem Logger Pro, stojan, kónická baňka, nádobka o objemu cca 1 l, varná konvice. Teoretický úvod V ideálním plynu se stálým množstvím částic platí následující zákony: 1) Boyle-Mariottův zákon: Nemění-li se teplota ideálního plynu, je jeho tlak nepřímo úměrný objemu. 2) Charlesův zákon: Nemění-li se objem ideálního plynu, je jeho tlak přímo úměrný absolutní teplotě. Vypracování 1) Boyle-Mariottův zákon Provedeme jedenáct měření pro objemy od 15 ml do 5 ml. Na stříkačce (je příslušenstvím tlakoměru) nastavte objem 10 ml. Připojte ji takto k tlakoměru zašroubováním o půl otáčky. Zapojte tlakoměr do analogového vstupu LabQuestu a LabQuest propojte s počítačem. V programu Logger Pro zvolíme Experiment Sběr dat a změníme Mód na Události se vstupy, popis dle obrázku. Měření zahájíme kliknutím na ikonu. Poté, co na stříkačce nastavíme požadovaný objem, stiskneme a do okna, které se otevře, zapíšeme objem v ml. Hodnota odpovídajícího 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! Vyhodnocení V nastavení grafu necháme zobrazit jednotlivé body, které nebudeme 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. 99

úloha pracovní list studenta 2) Charlesův zákon Provedeme sedm měření v teplotním intervalu 20 C až 90 C. Do kónické baňky vsuneme gumovou zátku se dvěma otvory (je příslušenstvím tlakoměru). Do jednoho z nich našroubujeme uzávěr (ponecháme otevřený). Do druhého napojíme hadičku, jejíž druhý konec zašroubujeme do tlakoměru. Tlakoměr je zapojen v LabQuestu, LabQuest do počítače. Baňku připevníme ke stojanu a ponoříme do nádoby s vodou o pokojové teplotě. V tento okamžik zavřeme ventil; tento musí zůstat uzavřený po celou dobu měření. Zátka musí v hrdle baňky držet pevně, aby vzduch nemohl zevnitř unikat. Do USB portu počítače vsuneme teploměr Go!Temp. V programu Logger Pro zvolíme Experiment Sběr dat a nastavíme Mód Vybrané události. Postupně budeme měnit teplotu vody v nádobě a budeme sledovat tlak a teplotu plynu. Na klikneme až poté, co se hodnoty a teploty ustálí (přibližně 30 s). Pozor, nádoba s vodou o 90 C je horká! Vyhodnocení Vylepšení (pro šikovné) V programu Logger Pro sestrojte graf na teplotě. Proložte jej vhodnou křivkou. Na základě grafu rozhodněte, zda jste ověřili Charlesův zákon. Absolutní nula je teplota, při které by se zastavil tepelný chaotický pohyb. V tom případě by i tlak plynu poklesl na nulu. icky nebo pomocí rovnice regrese najděte experimentální hodnotu absolutní nuly ve C a porovnejte ji se známou hodnotou. Učiňte závěr. Oba zákony jste pravděpodobně ověřili se značnou chybou. V případě Boylova zákona je chyba způsobena tím, že přívodní hadička ke tlakoměru má nenulový objem V 1. Přeneste naměřená data do Excelu a najděte, jaký objem V 1 musíme přičíst ke změřenému objemu V, aby byl součin p V celkový konstantní. Proveďte kvalifikovaný odhad chyby, s jakou byly zákony ověřeny: vypočítejte aritmetické průměry hodnot p V celkový a p/t (teplotu jste si převedli na kelviny) a určete, o kolik procent se liší od aritmetického průměru nejvíce vzdálená hodnota. 100

informace pro učitele Struktura a vlastnosti plynů Vojtěch Beneš Sexta úloha Aby nedošlo k poškození přístroje, je třeba hlídat, aby žáci dodržovali pokyny k práci s tlakoměrem. Zejména dejte pozor: aby se žáci nesnažili plyn stlačit co nejvíce, aby s 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, aby nebrali nádobu s horkou vodou do ruky atp. Použití plastové nádobky nedoporučujeme, není zaručena tvarová stálost. Je třeba neztrácet čas, veškerá měření a zpracování je nutno provést v programu Logger Pro, tj. ve škole. Výsledky Boyle-Mariottův zákon: na objemu V (ml) p (kpa) 5 186,8 6 159,6 7 137,9 8 123,0 9 111,2 10 99,7 11 91,9 12 84,1 13 78,1 14 72,5 15 67,6 190 1 90 Pres = AV^B A: 817,8 +/- 11,05 B: -0,9141 +/- 0,006585 RMSE: 0,8697 kpa 4 7 10 13 16 (14,936, 163,4) Objem (ml) Boyle-Mariottův zákon říká, že součin a objemu je pro konstantní množství plynu při stálé teplotě konstantní. Takže p je nepřímo úměrné V. V grafu vidíme rameno hyperboly, budeme tedy prokládat body mocninnou funkcí. 101

úloha informace pro učitele Exponent proložené funkce je blízký 1, takže experimentálně bylo ověřeno, že tlak je nepřímo úměrný objemu čili byl ověřen Boylův zákon. Odchylka exponentu o 9 % oproti správné hodnotě je způsobena přítomností parazitního objemu plynu v napojení stříkačky na tlakové čidlo. Charlesův zákon: t ( C) p (kpa) 21,7 99,4 29,7 101,8 37,3 103,8 46,6 106,3 46,4 106,2 56,2 108,8 67,6 111,7 91,2 118,0 na teplotě 119 114 p = mx + b m (směrnice): 0,2656 kpa/ C b (průsečík s Y): 93,84 kpa RMSE: 0,1142 kpa 109 104 99 20 60 80 100 (Δx:0,1 Δp:0,00) Teplota ( C) Tlak je lineární funkcí teploty ve stupních Celsia. Charlesův zákon byl ověřen. Pozn.: Kdybychom vynášeli teplotu v kelvinech, byl by tlak přímo úměrný této (absolutní) teplotě. Kvůli nepřesnostem měření ovšem většinou regresní přímka neprochází počátkem grafu p = f (T). Je na učiteli, aby rozhodl, kterému grafu dá přednost. 102

na teplotě 120 80 pres = mx + b m (směrnice): 0,2656 kpa/ C b (průsečík s Y): 21,28 kpa RMSE: 0,1142 kpa informace pro učitele úloha 0 0 100 200 300 0 Teplota (K) Teplotu absolutní nuly získáme z rovnice regrese p = 0,2656.t + 93,84 dosazením za p = 0. Vychází t abs = 353 C. icky dostaneme tentýž výsledek vhodnou volbou minimální hodnoty na osách: na teplotě 120 80-0 -300-200 -100 0 100 Teplota ( C) Nesoulad se správnou hodnotou 273,15 C je způsoben především gradientem teploty uvnitř hadičky vedoucí ke tlakovému čidlu. Vylepšení Parazitní objem hadičky 0 Výrobce udává hodnotu 0,8 ml. Hodnotu V 1 lze získat v programu Logger Pro proložením (fitováním) pomocí nově definované funkce (Analýza Proložit křivku... / Definovat funkci) f(v) = A/(V+C). Potom pro změřené hodnoty vychází (viz graf) V 1 = C = 0,74 ml. na objemu 190 1 90 Pres = A*(V+C)^-1 A: 1074 +/- 5,445 C: +0,7430 +/- 0,03883 RMSE: 0,5443 kpa 4 7 10 13 16 (14,936, 163,4) Objem (ml) 103

úloha informace pro učitele V Excelu je možné dospět k týmž hodnotám následujícím postupem: p.(v + V 1 ) = p V celkový = konst, takže p V = konst p V 1. Sestrojíme graf součinu p V na a směrnice této klesající přímky je parazitní objem V 1. Vychází V 1 = 0,71 ml. Určení parazitního objemu hadičky p.v (J) 1030 1020 1010 y = -0,709x + 1069,3 R 1000 2 = 0,9642 990 980 970 960 950 9 930 920 0 50 100 150 200 p (kpa) Chyba měření Po opravě objemu o 0,71 ml je aritmetický průměr součinů p V celkový = 1 069 J, maximální hodnota 1 080 J, takže zákon byl ověřen s chybou 1 %. Aritmetický průměr hodnot p/t (použita byla správná hodnota teploty absolutní nuly) činí 0,332 kpa/k, nejmenší hodnota je 0,3 kpa/k, takže zákon byl ověřen s chybou asi 2,4 %. 104