ysikrapport: Maila Walmod, 1.3 HTX, Rosklide I gruppe med Morten Hedetoft, Kasper Merrild og Theis Hansen Afleveringsdato: 28/2/08

Transkript

1 ysikrapport: Gay-Lussacs lov Maila Walmod, 1.3 HTX, Rosklide I gruppe med Morten Hedetoft, Kasper Merrild og Theis Hansen Afleveringsdato: 28/2/08

2 J eg har længe gået med den idé, at der godt kunne være en sammenhæng mellem tempera- tur og tryk. I dette forsøg vil jeg prøve at bevise dette, ved at lade en flaske med en tæt- sluttende prop. Ved at sætt emåleudstyr på det og sænke flasken ned i kogende vand, kan denne teori afprøves. Jef forventer at se en sammenhæng mellem tryk og temperatur, hvor temperaturændringer vil have effekt på trykket. For at få disse to faktorer, bliver alle andre faktorer nødt til at være konstante. Rumfangen er det samme i flasken og det er den samme gas der bruges. Materialer: Til forsøget bruges fineste, nye (og for forskere i 1800-tallet fuldstændig ukendte) elektroniske måleudstyr, der består af en sensor, der måler tryk samt et elektronisk termometer; informationerne om temperatur og tryk bliver opsamlet i en LabPro, en dataopsamlingsenhed, der sender det videre direkte til et fremtidsvidunder - en PC. Her sendes de opsamlede målinger på tryk og temperatur direkte over og for hvert minut noteres målingerne på computeren. Opstillet overskueligt er følgende blevet brugt: en elkedel, Bægerglas og konisk kolbe med gummiprop med hul LabPro dataopsamlingsenhed med termoføler og tryksensor En bærbar PC med indstalleret LoggerPro 3. En elkedel Vand Proppen er lavet så termoføler og tryksensor kan på monteres så det slutter tæt. Fremgangsmåde 1 : Da de elektroniske måleinstrumenter går en stor del afarbejdet for os er det vigtigste i fremgangsmåden at få koblet dem til på den rigtige måde. Fremgangsmåden i forsøget har sin start i at få gjort dette: Start med at få følerne koblet til LabPro en og forbind den til PC en. Der tjekkes at det hele fungerer Monter slangen fra trykføleren på den lille studs på proppen til flasken. Sørg for at der er lukket for ventilen i det andet hul i proppen. Sørg for at proppen sidder godt fast og slutter tæt. I bægerglas hældes ca. 100 C varmt vand, så det dækker det meste af pyrex-flasken. Ændringerne i trykket følges. Når det ikke længere stiger er vandets og kolbens temperatur ens, og forsøgets målinger påbegyndes. 1: Fremgangsmåden er skrevet af fra oplægget 2: Tegning taget fra oplægget

3 Computeren sættes til at foretage målinger saf tryk og temperatur for hvert minut, mens systemet afkøles. Her ses opstillingen på en tegning 2 Resultater: Da vi får en lang række målinger ligger de som bilag til denne rapport. Her er til gengæld en grafisk præsenttion af dem, hvor de er sat ind i et koordinat. Først en graf, der viser hvordan temperaturen falder som tiden går, linjen buer en smule, da afkølingen a starten er størst:

4 På grafen på følgende side viser sammenhængen mellem temperaturen og trykket. Ud af x-aksen ses temperaturen og op ad y-aksen er trykket i kilopascal: Denne næsten rett elinje er bemærkelsesværdig, da den illustrerer førnævnte sammenhæng. Som der står i boksen er forskriften for en ret linje: y=mx+b Hvis man indsætter en tendenslinje, som er ret, hvorved ovenstående forskrift gælder, vil m, hældningskoefficienten, være: 0,7709 kpa/ C, og b er skæring med y-aksen, hvor temperaturen er lig 0 C: 54,17 kpa. y=0,7709x+54,17 Dette er altså tendenslinjen for grafen, der viser hvordan en forøgelse med 1 C af temperaturen stiger, stiger trykket tilsvarende med 0,7709 kpa. Så jo varmere en gas med et konstant rumfang er, jo større bliver trykket. Ud fra dette kan man også finde det absolutte nulpunkt, skæringen med x-aksen. Det absolutte nulpunkt betyder, den temperatur, hvor trykket er nul. Da trykket skal være nul må y også være nul, da trykket aflæses op ad y-aksen. På hele x-aksen gælder det at y=0. Så linjens skæringspunkt med x-aksen, er den temperatur, hvor trykket er nul. Ved at sætte y lig nul i vores funktion, kan vi finde x-koordinaten til punktet, og dermed temperaturen for nulpunktet: 0=0,7709x+54,17

5 -54,17=0,7709x -54,17/0,7709=x x=-70,2685 C Dette er nulpunktet for vores tendenslinje, denne virker rimelig usansynlig. Dette uddybes i den følgende diskussion. Som forsker i 1800-tallet kender jeg alligevel til det absolutte nulpunkt, da jeg i et fremtidssyn finder ud af, at det er -273,15 C eller 0 K. Dette er en fastsat værdi for nulpunktet for atmosfærisk luft. Her er det i kelvin, og vores resultat er i graders celsius. Dette skal omsættes til kelvin for t kunne regne den relative afvigelse. Omsætningsfaktoren er +273,15. Så dette lægges til vres resultat. -70, ,15= 202,8815K Dette er ret meget ved siden af nul... Den relative afvigelse i C er: (-273,15-(-70,2685))/-273,15*100=74,2748% Formel: Ud fra resultatet, kan vi konkludere, at der er en sammenhæng mellem tryk og temperatur, hvis vi har et konstant rumfang og bruger den helt samme gas. De to ting er altså konstante igennem forsøget. Herefter må vi konkludere at den rette linje viser, at temperatur og tryk er proportionale. Da tallene stiger sammen, og det er under konstante forhold, vil det give mening at dividere dem, og dette skulle helst ende ud i samme tal, da dette vil vise at tryk og temperatur er proportionale. Men da vores resultat ikke helt virker, vil dette ikke kunne give et godt resultat; forskeren i 1800-tallet vil nok have forsøgt igen mere omhyggeligt og brugt de nye resultater til at udlede en formel. Diskussion: Denne afvigelse som er udregnet i ovenstående afsnit, er meget stor, men der er også mange usikkerhedsfaktorer i forsøget. Det er blandt andet en lille flaske, der er meget tyk, og den er ikke helt dækket af vand. Dette gør at temperaturen ikke passer sammen i vandet, flasken og gassen inden i. Der kræves meget energi til at varme flasken op, og når den først er varmet op, skal

6 gassen inden i også varmes op. Når den er dette, kan vandets temperatur, som er den der måles med termometeret, sagtens være faldet, men grundet det tykke glas er gassens temperatur ikke faldet tilsvarende. Derfor er der en forskydning i forsøgets resultat, hvor kurverne følges ad i en nedadgående bue, men temperaturen af gassen er forsinket i afkølingen, hvorved trykket passer hertil, men ikke til vandets temperatur. Dette kan være grunden til dne store afvigelse. Men som forsker i 1800-tallet har man ikke optimale remedjer, da en tyndere glasflaske, der er helt dækket af vand, samt en temperaturmåling på gassen ville være bedre. Konklusion: tdette forsøg viser til trods for fejlkilder meget illustrativt hvordan tryk og temperatur hænger sammen og giver en næsten proportional linje indsat i en graf. Formålet var at undersøge dette og det gjorde vi, resultaterne er desværre lidt forkerte, men giver stadig et rigtig godt billede. Med de rigtige remedjer vil det ogå være nemmere.