Ako demonštrovať Charlesov zákon?
To umožní prenosu tepla z vody do vzduchu vo vnútri balónika.
Charlesov zákon uvádza, že objem ideálneho plynu sa mení úmerne k teplote tohto plynu, pretože tlak a množstvo prítomného plynu sú udržiavané konštantné. Rovnica pre Charlesov zákon môže byť vyjadrená ako V 1 /T 1 = V 2 /T 2. Inými slovami, ak je balón naplnený vzduchom, pri ochladení sa zmenší a po zahriatí sa roztiahne. Stáva sa to preto, že vzduch vo vnútri balóna, čo je plyn, zaberá menší objem, keď je chladný, a väčší objem zaberá, keď sa zahrieva.
Metóda 1 z 3: demonštrácia Karlova zákona nafúknutým balónom
- 1Nalejte vriacu vodu do kadičky alebo inej nádoby. Mali by ste nechať priestor aj na vloženie balónika do nádoby. Pridanie asi 100 ml vody do 1000 ml (1 l) kadičky bude vo väčšine prípadov fungovať. Zabráňte vyliatiu vody na seba alebo na kohokoľvek iného, aby ste predišli zraneniu.
- 2Naplňte balón vzduchom. Fúkajte do balóna ústami alebo ho naplňte pumpičkou. Balón nepreplňujte - chcete nechať priestor, aby sa plyn vo vnútri mohol roztiahnuť. Najlepšie je namiesto vodného balóna použiť párty balón. To znižuje pravdepodobnosť, že balón vyskočí. Ak plánujete vložiť balónik do nádoby, nevyfukujte ho tak veľký, aby sa nezmestil do otvoru.
- 3Omotajte šnúru okolo najširšej časti balónika. Omotaním kúsku šnúry okolo balónika získate presné meranie toho, aký veľký je balón na začiatku. Buď označte alebo odstrihnite šnúrku v najširšej časti balóna. Vyberte balónik a zmerajte ho pravítkom. Toto meranie je pôvodný obvod vášho balónika. Keď sa vzduch vo vnútri zahreje, budete ho chcieť porovnať s veľkosťou balónika.
- 4Vložte balónik do nádoby, ale mimo vodu. To umožní prenosu tepla z vody do vzduchu vo vnútri balónika. Ak sa balónik nezmestí do nádoby, ďalšou možnosťou je postaviť ho na vrch nádoby. Prenos tepla môže byť o niečo menej účinný, ale na balónik bude mať stále rovnaký účinok.
- 5Sledujte, ako sa balón zväčšuje. Zvýšenie teploty prinúti vzduch zväčšiť svoj objem, čím sa balónik rozšíri. Bude to vyzerať tak, že balón rastie alebo sa nafukuje vo vnútri nádoby. Ďalším kúskom šnúry odmerajte obvod balónika pri zahriatí. Teraz ho môžete porovnať s pôvodným obvodom.
- Nenechajte balónik príliš roztiahnuť, pretože by mohol vyskočiť.
- 6Presuňte balón do mrazničky. Teraz, keď ste pridali teplo na roztiahnutie balóna, odstránenie tepla umožní balóniku vyfúknuť. Aby ste to dodržali, budete musieť balón premiestniť zo zdroja tepla (nádoba s vriacou vodou) do chladného prostredia. Pred vložením do mrazničky sa uistite, že je balónik úplne suchý. Pred vybratím balóna by ste mali nechať aspoň pár hodín v mrazničke.
- 7Sledujte veľkosť balónika. Keď vyberiete balónik z mrazničky, okamžite zmerajte obvod tretím kusom šnúrky. Takto ho môžete porovnať s vašimi prvými dvoma meraniami. Nemal by byť len menší, ako bol v teplej nádobe, ale mal by byť ešte menší, ako bol, keď ste ho prvýkrát nafúkli. Dôvodom je, že ste odstránili teplo z plynu vo vnútri balóna, čo prinútilo plyn (a naopak balón) zmenšiť objem.
Metóda 1 z 3: demonštrácia Karlova zákona nafúknutým balónom.
Metóda 2 z 3: demonštrácia Charlesovho zákona roztiahnutím a stiahnutím balóna
- 1Do Erlenmeyerovej banky pridajte malé množstvo vody. Banku nemusíte plniť. Čím menej vody pridáte, tým rýchlejšie ju dokážete uviesť do varu. Dbajte však na to, aby ste pridali dostatok vody, aby ste ju neodvarili príliš rýchlo. Asi 75 ml by malo urobiť pekne.
- 2Banku položte na horúci tanier alebo horák. To bude slúžiť ako zdroj tepla pre vašu vodu. Vodu zohrejte na bod varu. To prinúti vzduch expandovať z hornej časti banky a tiež vytvárať vodnú paru na naplnenie balónika.
- 3Vložte otvorený koniec balónika cez otvor banky. Nezabudnite, že banka sa zahrieva. Pri zaisťovaní balónika cez otvor banky by ste mali používať rukavice, aby ste si nespálili ruky. Uistite sa, že balónik je dostatočne blízko hrdla banky, aby ľahko nevypadol.
- Pred zahriatím vody môže byť jednoduchšie a bezpečnejšie položiť balónik na banku.
- 4Sledujte rozpínanie balónika. Zaistením balónika cez hornú časť banky vytvoríte tesnenie a umožníte iba expanzii vzduchu do balónika. Táto expanzia vzduchu do balóna spôsobí expanziu samotného balónika. Nedovoľte, aby bol balónik taký veľký, aby vyskočil.
- 5Premiestnite banku do ľadového kúpeľa. Na prípravu ľadového kúpeľa vložte do nádoby vodu a ľad. Je to veľmi ľahký a rýchly spôsob ochladenia obsahu banky. Na prenos banky zo zdroja tepla do ľadového kúpeľa použite rukavice.
- 6Sledujte sanie na balóne. Rýchle ochladenie plynu vo vnútri banky a balónika spôsobí zníženie objemu plynu. S poklesom objemu sa zmenší aj objem balónika, čo spôsobí jeho zmenšenie. Keď sa plyn ešte viac ochladí a ešte viac stiahne, objem plynu sa zmenší natoľko, že tlak mimo banky úplne vytlačí balónik do banky.
Rýchle ochladenie plynu vo vnútri banky a balónika spôsobí zníženie objemu plynu.
Metóda 3 z 3: Matematická demonštrácia Charlesovho zákona
- 1Zvážte vzťahy, ktoré sú v hre medzi vlastnosťami ideálneho plynu. Jacques Charles a potom Joseph Gay-Lussac ukázali, že teplota plynu je priamo úmerná objemu, keď tlak a hmotnosť plynu zostávajú konštantné. To znamená, že pre daný plyn objem plynu delený teplotou plynu poskytne rovnaké číslo pre každú kombináciu objemu a teploty.
- 2Uistite sa, že sú vaše jednotky správne. Objem by sa mal merať v litroch. Teplota by sa mala merať v Kelvinoch. Ak sú vaše hodnoty v rôznych jednotkách, mali by ste pred pokračovaním použiť dimenzionálnu analýzu na ich konverziu na správne jednotky. V opačnom prípade nebudú vaše výpočty správne.
- 3Na vytvorenie rovnice použite k. Počiatočný objem (V1) plynu delený počiatočnou teplotou (T1) tohto plynu sa rovná nejakej konštante, k. Ak sa zmení objem alebo teplota tohto plynu, obe hodnoty sa zmenia tak, že nový objem (V2) delený novou teplotou (T2) bude tiež rovnaký ako rovnaká konštanta, k. Pretože V 1 /T 1 = k a V 2 /T 2 = k, V 1 /T 1 = V 2 /T 2.
- 4Vyriešte rovnicu pre neznámu premennú. Keď dostanete problém, ktorý je potrebné vyriešiť, budú vám poskytnuté niektoré z meraní a budete požiadaní o výpočet chýbajúceho dielu rovnice. Naskenujte problém pre všetky dané hodnoty a umiestnite ich do príslušnej časti rovnice. Akonáhle máte vo svojej rovnici všetky známe hodnoty, jednoducho ju usporiadajte tak, aby bola neznáma hodnota sama, a potom urobte aritmetiku. Na vyriešenie svojho problému použijete Charlesov zákon.
Dôvodom je, že ste odstránili teplo z plynu vo vnútri balóna, čo prinútilo plyn (a naopak balón) zmenšiť objem.
- Skúste zahriať studený balón v horúcej vode z vodovodu a zistite, či sa rozpína.
- Namiesto vodných balónov použite párty balóny. Vodné balóny sú navrhnuté tak, aby praskli jednoduchšie.
- Všimnite si toho, že pri použití metódy „Ukážka Karlovho zákona roztiahnutím a stiahnutím balónika“ je ťažké vykonať presné merania obvodu balóna. Táto metóda funguje najlepšie na čisto vizuálnu ukážku.
- Na vrch fľaše môžete namiesto balónika použiť korok a striekačku. Keď sa vzduch rozpína alebo sťahuje, tlačí piest striekačky hore alebo dole. Je to dobrá aplikácia pre laboratóriá, pretože zmenu objemu môžete merať presnejšie.
- Namiesto toho, aby ste na meranie obvodu balónika použili šnúru, môžete použiť krajčírsky meter.
- Dávajte pozor, aby sa balónik príliš nerozťahoval. To spôsobí, že praskne.
- Ak používate vriacu vodu, buďte opatrní. Ľahko by ste sa mohli popáliť.
Ukážka Karlovho zákona s nafúknutým balónom
- Párty balóny
- Kadička
- Voda
- Zdroj tepla
- Mraznička
- Reťazec
- Vládca
Ukážka Karlovho zákona rozšírením a stiahnutím balóna
- Erlenmeyerova banka
- Voda
- Horúci tanier
- Párty balón
- Tepelne odolné rukavice
- Ľad
Prečítajte si tiež: Ako vypočítať hmotnostný defekt?
Otázky a odpovede
- Čo môžete na základe výsledku aktivity vyvodiť zo vzťahu o objeme a teplote a konštantnom tlaku?Z konštantného tlaku môžeme vyvodiť, že objem je úmerný teplote. To je prípad ideálnych plynov. Pre skutočné plyny to však nie je úplne správne.
- Čo sa deje s balónom v týchto experimentoch?Keď ohrievate vzduch vo vnútri balónika, expanduje a zaberá väčší objem. To vytlačí steny balóna von, čím bude väčší. Keď ochladíte vzduch vo vnútri balóna, stane sa opak. Vzduch sťahuje menší objem, čo umožňuje sťahovanie stien balóna. Vďaka tomu je balónik menší.
- Ak je daný 277V/147,5 = 1, ako vyriešim rovnicu pre V?Prvým krokom je dostať premennú V na jednu stranu rovnice a všetky vaše známe hodnoty na druhú stranu. V tomto prípade by ste začali vynásobením oboch strán rovnice číslom 147,5. To vám poskytne 277V = 147,5. Ďalej rozdeľte obe strany rovnice na 277, aby ste získali V = 147,2,577. Po matematickom výpočte vám zostane V = 0,53. Ako vidíte, táto rovnica neobsahuje žiadne jednotky, čo je problém. 0,53 l sa veľmi líši od 0,53 ml. Pri riešení rovnice vždy nezabudnite zahrnúť jednotky všetkých hodnôt.
- Prečo sa balónik zmenšuje vo vnútri mrazničky?Balón sa vo vnútri mrazničky zmenšuje, pretože, ako vysvetľuje Charlesov zákon, vzduch sa pri nižších teplotách sťahuje. Chladnejšia teplota spomaľuje rýchlosť, ktorou sa molekuly vzduchu pohybujú v balóne, čo znamená, že medzi molekulami nie je toľko priestoru, čo spôsobuje stiahnutie vzduchu, a teda aj balónu.
Nezodpovedané otázky
- Aké sú spôsoby, ako demonštrovať Boyleov zákon?
- Aký je vzťah medzi Ballonovým Karlovým zákonom?
Komentáre (5)
- Pomohlo mi to pri laboratórnej správe.
- Pomohlo to počas štúdia na poslednú chvíľu.
- Pomohlo to, pretože táto webová stránka poskytla podrobný popis postupu tohto experimentu. Experiment bol zábavný a zaujímavý. Určite by som to urobil znova.
- Som v siedmom ročníku a potreboval som pomôcť so štúdiom na test. Toto naozaj pomohlo.
- Musel som urobiť chemické laboratórium a nemal som tušenie, a toto mi skutočne pomohlo. Veľmi jednoduché a ľahko sledovateľné!
