27. Виртуальная лабораторная работа по физике «Определение постоянной Больцмана» http://efizika.ru/html5/27/index.html.
Цель работы: измерение парциального давления паров летучей жидкости; экспериментальное определение постоянной Больцмана.
Приборы и принадлежности: сосуд, термометр, манометр, шприц, различные легкоиспаряемые жидкости, соединительные шланги.
27. Virtual laboratory assignments in physics «Determination of the Boltzmann constant» http://efizika.ru/html5/27/index.html.
The purpose of the work: measurement of the partial vapor pressure of a volatile liquid; experimental determination of the Boltzmann constant.
Instruments and accessories: vessel, thermometer, pressure gauge, syringe, various easily evaporated liquids, connecting hoses.
Методика выполнения виртуальной лабораторной работы по физике
Тема: Определение постоянной Больцмана
Цели работы:
- Изучить зависимости между температурой и давлением газа.
- Определить значение постоянной Больцмана на основе экспериментальных данных.
Приборы и принадлежности:
- Сосуд (например, колба) для газа.
- Виртуальный термометр для измерения температуры.
- Виртуальный манометр для измерения давления.
- Шприц для изменения объема газа (если необходимо).
- Различные легкоиспаряемые жидкости для осуществления эксперимента (например, этанол или ацетон).
Подготовка к эксперименту:
-
Сбор оборудования:
- Убедись, что все приборы исправны и доступны в виртуальной лаборатории.
- Ознакомься с интерфейсом программы, чтобы понять, как использовать манометр и термометр.
-
Настройка системы:
- Выбери сосуд подходящего объема для эксперимента.
- Заполни сосуд одной из легкоиспаряемых жидкостей. Это поможет создать пар в сосуде, который будет вести себя как идеальный газ.
Процедура выполнения эксперимента:
-
Установка начальных условий:
- Установи термометр и манометр в сосуд, убедившись, что они работают корректно.
- Закрой сосуд, чтобы предотвратить утечку газа.
-
Первоначальные измерения:
- Убедись, что температура в сосуде равна комнатной (примерно 20-25°C).
- Измерь и запиши начальное давление газа в сосуде.
-
Изменение температуры:
- Постепенно нагревай сосуд (можно использовать виртуальное устройство, моделирующее нагрев).
- На каждом уровне температуры (например, 25°C, 50°C, 75°C, 100°C) измеряй и записывай давление газа.
- Обязательно подожди, пока значения давления и температуры стабилизируются после каждого изменения температуры.
-
Использование шприца:
- Если необходимо, используй шприц для изменения объема газа в сосуде.
- Изменяя объем, наблюдай влияние этого изменения на давление газа при постоянной температуре.
- Записывай все полученные данные.
-
Сбор данных:
- Создай таблицу с записями: температура (°C) и соответствующее давление (атм или Па).
- Обрати внимание на любую аномалию в данных.
Анализ результатов:
-
Построение графика:
- На основе собранных данных построй график зависимости давления от температуры.
- Проверь, сохраняется ли линейная зависимость. Если нет, попробуй проанализировать причины.
-
Расчет постоянной Больцмана:
- Используй уравнение состояния идеального газа, связанное с наблюдаемыми данными: Давление умноженное на объем равно количеству вещества, умноженному на универсальную газовую постоянную и температуру.
- Постоянная Больцмана может быть найдена через соотношение R = k * N_A, где R — универсальная газовая постоянная, а N_A — число Авогадро.
Выводы:
-
Сравнение с теорией:
- Сравни полученное значение постоянной Больцмана с табличными данными (приблизительно 1.38 × 10^-23 Дж/К).
- Обсуди, насколько результаты соответствуют теоретическому значению и какие факторы могли повлиять на точность измерений.
-
Оценка ошибок:
- Проанализируй возможные источники ошибок в эксперименте: точность измерений, колебания температуры, утечки газа и т.д.
- Предложи методы, которые могут помочь уменьшить погрешности в будущих экспериментах.
Заключение:
- Подведи итоги о значении постоянной Больцмана в термодинамике и ее связи с повседневными процессами.
- Обсуди, как полученные знания могут быть применены в других областях физики и науки в целом.
