כיצד להפגין את חוק שרלס?
זה יאפשר חום מהמים להעביר לאוויר בתוך הבלון.
חוק צ'ארלס קובע כי נפח הגז האידיאלי משתנה באופן יחסי לטמפרטורה של אותו גז, בהתחשב בכך שהלחץ וכמות הגז הנוכחיים מוחזקים קבועים. המשוואה לחוק צ'ארלס יכולה לבוא לידי ביטוי כ- V 1 / T 1 = V 2 / T 2. במילים אחרות, אם בלון מלא באוויר, הוא יתכווץ אם יתקרר ויתרחב אם יחמם אותו. זה קורה מכיוון שהאוויר שבתוך הבלון, שהוא גז, תופס נפח קטן יותר כשהוא קריר, ותופס נפח גדול יותר כשהוא מחומם.
שיטה 1 מתוך 3: הדגמת חוק שרלס עם בלון מנופח
- 1הוסף מים רותחים לכוס או למיכל אחר. כדאי להשאיר מקום להכניס בלון גם למיכל. הוספת כ 100 מ"ל מים לכוס 1000 מ"ל (1 ליטר) תעבוד ברוב המקרים. הימנע משפיכת המים על עצמך או על מישהו אחר כדי למנוע פציעה.
- 2ממלאים בלון באוויר. נשבו בבלון עם הפה, או השתמשו במשאבה למילויו. אל תמלאו יתר על המידה את הבלון - אתם רוצים להשאיר מקום להתפשטות הגז בפנים. עדיף להשתמש בבלון מסיבות במקום בבלון מים. זה מקטין את הסיכוי שהבלון יצוץ. אם אתם מתכננים להכניס את הבלון למיכל, אל תפוצצו כל כך גדול שהוא לא ייכנס לפתח.
- 3עוטפים חוט סביב החלק הרחב ביותר של הבלון. על ידי עטיפת פיסת חוט סביב הבלון, תוכלו לקבל מדידה מדויקת של גודל הבלון בהתחלה. או סמן או חתוך את המיתר בחלק הרחב ביותר של הבלון. מוציאים את החוט מהבלון ומודדים אותו בעזרת סרגל. מדידה זו היא ההיקף המקורי של הבלון שלך. אתה רוצה להשוות את זה לגודל הבלון ברגע שהאוויר בפנים מתחמם.
- 4הניחו את הבלון במיכל אך מחוץ למים. זה יאפשר חום מהמים להעביר לאוויר בתוך הבלון. אם הבלון אינו נכנס למכל, אפשרות אחרת היא להניח אותו על גבי המכולה. העברת החום עלולה להיות קצת פחות יעילה, אבל זה עדיין יהיה אותה ההשפעה על הבלון.
- 5צפו כשהבלון נהיה גדול יותר. עליית הטמפרטורה תאלץ את האוויר להגדיל את נפחו ובכך להרחיב את הבלון. זה ייראה כאילו הבלון צומח או מתנפח בתוך המכולה. השתמש בחתיכת חוט אחרת למדידת היקף הבלון בחימום. עכשיו אתה יכול להשוות את זה להיקף המקורי.
- אל תתנו לבלון להתרחב יותר מדי, מכיוון שהדבר עלול לגרום לקפיצה.
- 6העבירו את הבלון למקפיא. כעת לאחר שהוספת חום להרחבת הבלון, הסרת החום תאפשר לבלון לנפח. בכדי להתבונן בכך תצטרך להעביר את הבלון ממקור החום (מיכל המים הרותחים שלך) ולסביבה קרה. וודאו שהבלון יבש לחלוטין לפני שמכניסים אותו למקפיא. כדאי להשאיר את הבלון במקפיא לפחות כמה שעות לפני שמוציאים אותו.
- 7התבונן בגודל הבלון. כשאתה מוציא את הבלון מהמקפיא, למדוד מיד את ההיקף בעזרת חוט שלישי. בדרך זו תוכלו להשוות זאת לשתי המדידות הראשונות שלכם. זה לא צריך להיות רק קטן יותר ממה שהיה במיכל החם, אלא צריך להיות אפילו קטן יותר ממה שהיה כשנפחתם אותו לראשונה. הסיבה לכך היא שהוצאתם חום מהגז שבתוך הבלון, מה שאילץ את הגז (ובתורו את הבלון) לרדת בנפח.
שיטה 1 מתוך 3: הדגמת חוק שרלס עם בלון מנופח.
שיטה 2 מתוך 3: הדגמת חוק שרלס על ידי הרחבת וכיווץ בלון
- 1הוסף כמות קטנה של מים לבקבוק ארלנמאייר. אינך צריך למלא את הבקבוקון. ככל שתוסיפו פחות מים, כך תוכלו להביא אותם לרתיחה מהר יותר. עם זאת, וודא שאתה מוסיף מספיק מים כדי לא להרתיח אותם מהר מדי. כ 75 מ"ל צריך לעשות יפה.
- 2הניחו את הבקבוקון על פלטה חמה או מבער. זה ישמש כמקור חום למים שלך. וודאו שמחממים את המים עד לסף רתיחה. זה יאלץ אוויר להתרחב מהחלק העליון של הבקבוקון וגם לייצר אדי מים למילוי הבלון.
- 3שים את הקצה הפתוח של בלון מעל פתח הבקבוקון. זכור שהבקבוק מחומם. עליך להשתמש בכפפות כדי להימנע משריפת הידיים כאשר אתה מאבטח את הבלון מעל פתח הבקבוקון. וודא כי הבלון נמצא רחוק מספיק למטה על צוואר הבקבוקון כדי שהוא לא יקפוץ בקלות.
- יכול להיות שקל יותר ובטוח יותר להניח את הבלון על הבקבוק לפני חימום המים.
- 4התבונן בהרחבת הבלון. אבטחת הבלון מעל החלק העליון של הבקבוק תיצור חותם ותאפשר רק לאוויר להתרחב אל הבלון. התפשטות אוויר זו אל הבלון תגרום להתרחבות הבלון עצמו. אל תתנו לבלון להיות כל כך גדול שהוא יצוץ.
- 5העבר את הבקבוקון לאמבט קרח. להכנת אמבטיית הקרח פשוט הכניסו מים וקרח למיכל. זוהי דרך קלה ומהירה מאוד לקרר את תכולת הבקבוקון. השתמש בכפפות כדי להעביר את הבקבוקון ממקור החום לאמבט הקרח.
- 6התבונן ביניקה על הבלון. הקירור המהיר של הגז בתוך הבקבוקון והבלון יביא לירידה בנפח הגז. ככל שהנפח יורד, נפח הבלון יקטן גם הוא ויגרום לו להתכווץ. ככל שהגז מתקרר עוד יותר ומתכווץ עוד יותר, נפח הגז מתכווץ כל כך עד שהלחץ מחוץ לבקבוק דוחף את הבלון לחלוטין בתוך הבקבוק.
הקירור המהיר של הגז בתוך הבקבוקון והבלון יביא לירידה בנפח הגז.
שיטה 3 מתוך 3: הדגמת חוק צ'רלס באופן מתמטי
- 1שקול את היחסים שמשחקים בין תכונות גז אידיאליות. הוצג על ידי ז'אק צ'רלס ואחר כך על ידי ג'וזף גיי-לוסאק כי הטמפרטורה של גז קשורה ישירות לנפח כאשר הלחץ והמסה של הגז נשארים קבועים. משמעות הדבר היא כי עבור גז נתון, נפח הגז חלקי טמפרטורת הגז יניב את אותו המספר עבור כל שילוב טמפרטורת נפח.
- 2ודא שהיחידות שלך נכונות. יש למדוד את הנפח בליטר. יש למדוד את הטמפרטורה בקלווין. אם הערכים שלך נמצאים ביחידות שונות, עליך להשתמש בניתוח ממדי כדי להמיר אותם ליחידות הנכונות לפני שתמשיך. אחרת, החישובים שלך לא יהיו נכונים.
- 3השתמש ב- k כדי לבנות את המשוואה שלך. הנפח ההתחלתי (V1) של גז חלקי הטמפרטורה ההתחלתית (T1) של אותו גז שווה לקבוע כלשהו, k. אם עוצמת הקול או הטמפרטורה של הגז הזה ישתנו, שני הערכים ישתנו כך שגם הנפח החדש (V2) חלקי הטמפרטורה החדשה (T2) יהיה שווה לאותו קבוע, k. מכיוון ש V 1 / T 1 = k ו- V 2 / T 2 = k, V 1 / T 1 = V 2 / T 2.
- 4פתור את המשוואה עבור המשתנה הלא ידוע. כאשר תינתן לך בעיה לפתור, תקבל חלק מהמידות ותתבקש לחשב חלק חסר במשוואה. סרקו את הבעיה אחר כל הערכים הנתונים והציבו אותם בחלק המתאים במשוואה. ברגע שיש לך את כל הערכים הידועים במשוואה שלך, פשוט סדר מחדש את המשוואה כך שהערך הלא ידוע שלך יהיה לבד, ואז בצע את החשבון. השתמשת בחוק צ'ארלס כדי לפתור את הבעיה שלך.
הסיבה לכך היא שהוצאתם חום מהגז שבתוך הבלון, מה שאילץ את הגז (ובתורו את הבלון) לרדת בנפח.
- נסה לחמם בלון קר במי ברז חמים ובדוק אם הוא מתרחב.
- השתמש בבלוני מסיבות במקום בבלוני מים. בלוני מים גורמים להתפוצצות קלה יותר.
- שים לב שכשמשתמשים בשיטה "הדגמת חוק צ'ארלס באמצעות הרחבת בלון וכיווץו", קשה לבצע מדידות מדויקות של היקף הבלון. שיטה זו עובדת בצורה הטובה ביותר להפגנה חזותית גרידא.
- אתה יכול להשתמש בפקק ובמזרק בחלק העליון של הבקבוקון במקום בבלון. כאשר האוויר מתרחב או מתכווץ, הוא מכריח את הבוכנה של המזרק למעלה או למטה. זהו יישום טוב למעבדות מכיוון שניתן למדוד את שינוי הנפח בצורה מדויקת יותר.
- במקום להשתמש בחוט למדידת היקף הבלון, ניתן להשתמש בסרט מדידה.
- היזהר לא לתת לבלון להתרחב יותר מדי. זה יגרום לו להתפוצץ.
- אם אתה משתמש במים רותחים, נזהר. אתה יכול להישרף בקלות.
הדגמת חוק צ'רלס עם בלון מנופח
- בלוני מסיבות
- כוס
- מים
- מקור חום
- מקפיא
- חוט
- סרגל
הפגנת חוק צ'רלס על ידי הרחבת וכיווץ בלון
- בקבוק ארלנמאייר
- מים
- פלטה
- בלון מסיבות
- כפפות עמידות בחום
- קרח
קרא גם: איך להמיס קרח במהירות?
שאלות ותשובות
- אם ניתן 277V / 147,5 = 1, כיצד אוכל לפתור את המשוואה עבור V?הצעד הראשון הוא להשיג את המשתנה שלך, V, בצד אחד של המשוואה ואת כל הערכים הידועים שלך בצד השני. במקרה זה, תתחיל להכפיל את שני צדי המשוואה ב 147,5. זה נותן לך 277V = 147,5. לאחר מכן, חלק את שני צידי המשוואה ב- 277 כדי לקבל V = 147,2.577. ביצוע המתמטיקה משאיר אותך עם V = 0,53. כפי שאתה יכול לראות, משוואה זו אינה מכילה יחידות, וזו בעיה. 0,53 ליטר שונה מאוד מ- 0,53 מ"ל. הקפד תמיד לכלול יחידות לכל הערכים בעת פתרון המשוואה.
- מדוע הבלון מתכווץ בתוך המקפיא?הבלון מתכווץ בתוך המקפיא מכיוון שכפי שמסביר חוק צ'ארלס, האוויר מתכווץ בטמפרטורות נמוכות יותר. הטמפרטורה הקרירה מאטה את המהירות בה מולקולות האוויר נעות בתוך הבלון, מה שאומר שאין מרווח רב בין מולקולות, מה שגורם להתכווצות האוויר, ולכן הבלון.
- בהתבסס על תוצאת הפעילות, מה אתה יכול להסיק על הקשר לגבי נפח וטמפרטורה ולחץ קבוע?אנו יכולים להסיק כי הנפח פרופורציונלי לטמפרטורה, בהתחשב בלחץ קבוע. זה המקרה של גזים אידיאליים. עם זאת, לגבי גזים אמיתיים זה לא בדיוק נכון.
- מה קורה לבלון בניסויים האלה?כשמחממים את האוויר בתוך הבלון, הוא מתרחב כדי לתפוס נפח רב יותר. זה דוחף את קירות הבלון החוצה, מה שהופך אותו לגדול יותר. כשמקררים את האוויר בתוך הבלון, ההפך קורה. החוזים האוויריים תופסים פחות נפח, מה שמאפשר גם לדפנות הבלון להתכווץ. זה הופך את הבלון לקטן יותר.
שאלות ללא מענה
- מה הקשר בין חוק צ'ארלס של בלון?
- אילו דרכים יש להפגין את חוק בויל?
תגובות (5)
- זה עזר לדוח המעבדה שלי.
- זה היה מועיל במהלך הלימודים של הרגע האחרון.
- הייתי צריך לעשות מעבדת כימיקלים ולא היה לי מושג וזה ממש עזר. פשוט מאוד וקל למעקב!
- אני בכיתה ז 'והייתי זקוק לעזרה ללמוד למבחן. זה באמת עזר.
- זה עזר מכיוון שדף אינטרנט זה נתן תיאור מעמיק כיצד לבצע ניסוי זה. הניסוי היה מהנה ומעניין. בהחלט הייתי עושה זאת שוב.
