3 spôsoby, ako demonštrovať Charlesov zákon

Charlesov zákon hovorí, že objem ideálneho plynu sa mení úmerne jeho teplote, ak sa tlak a množstvo prítomného plynu udržujú konštantné. Rovnicu pre Charlesov zákon možno vyjadriť ako V1/T1=V2/T2. Inými slovami, ak je balón naplnený vzduchom, pri ochladzovaní sa bude zmršťovať a pri zahrievaní rozpínať. Stane sa to preto, lebo vzduch vo vnútri balóna, ktorý je plynom, zaberá menší objem, keď je chladný, a zaberá väčší objem, keď je zahriaty.

Metóda 1 z 3: Demonštrácia Charlesovho zákona pomocou nafúknutého balóna


Do kadičky alebo inej nádoby pridajte vriacu vodu. Mali by ste si nechať miesto aj na balónik v nádobe. Pridanie približne 100 ml vody do kadičky s objemom 1000 ml (1 l) bude vo väčšine prípadov fungovať. Vyhnite sa vyliatiu vody na seba alebo niekoho iného, aby ste sa vyhli zraneniu.[1]


Naplňte balón vzduchom. Fúkajte do balónika ústami alebo ho naplňte pumpičkou. Balónik nepreplňujte – chcete ponechať priestor na rozpínanie plynu vo vnútri. Namiesto vodného balónika je najlepšie použiť balónik na oslavu. Tým sa znižuje pravdepodobnosť, že balón praskne. [2]
Ak plánujete vložiť balónik do nádoby, nenafukujte ho tak, aby sa nezmestil do otvoru.


Omotajte šnúrku okolo najširšej časti balónika. Omotaním kúska šnúrky okolo balóna môžete získať presné meranie toho, aký veľký je balón na začiatku. Buď označte, alebo odstrihnite šnúrku v najširšej časti balóna. Odstráňte šnúrku z balóna a zmerajte ho pravítkom. Tento rozmer je pôvodný obvod vášho balóna. Budete to chcieť porovnať s veľkosťou balónika, keď sa vzduch vo vnútri zohreje.[3]


Umiestnite balónik do nádoby, ale mimo vody. To umožní, aby teplo z vody prešlo do vzduchu vo vnútri balóna. Ak sa balónik nezmestí do nádoby, ďalšou možnosťou je položiť ho na vrch nádoby. Odovzdávanie tepla môže byť o niečo menej účinné, ale stále bude mať na balón rovnaký účinok.


Sledujte, ako sa balónik zväčšuje. Zvýšenie teploty prinúti vzduch zväčšiť svoj objem, čím sa balón rozšíri. Bude to vyzerať, akoby balón v nádobe rástol alebo sa nafukoval. Pomocou ďalšieho kusu špagátu zmerajte obvod balónika, keď je zahriaty. Teraz ho môžete porovnať s pôvodným obvodom.

  • Nenechajte balón príliš roztiahnuť, pretože by mohol prasknúť.


Presuňte balónik do mrazničky. Teraz, keď ste pridali teplo na rozšírenie balónika, odstránenie tepla umožní balóniku vyprázdniť sa. Ak to chcete pozorovať, musíte balónik premiestniť zo zdroja tepla (nádoby s vriacou vodou) do chladného prostredia. Pred vložením balónika do mrazničky sa uistite, že je úplne suchý. Pred vybratím balónika by ste ho mali nechať v mrazničke aspoň niekoľko hodín.[4]


Pozorujte veľkosť balónika. Keď balónik vyberiete z mrazničky, okamžite zmerajte jeho obvod pomocou tretieho kúska povrázku. Takto môžete porovnať výsledky s prvými dvoma meraniami. Mal by byť nielen menší, ako bol v teplej nádobe, ale mal by byť ešte menší, ako bol pri prvom nafúknutí. Je to preto, že ste odoberali teplo z plynu vo vnútri balónika, čo prinútilo plyn (a následne aj balónik) zmenšiť svoj objem.[5]

Metóda 2 z 3:Demonštrácia Charlesovho zákona rozpínaním a sťahovaním balóna


Do Erlenmeyerovej banky pridajte malé množstvo vody. Banku nemusíte plniť. Čím menej vody pridáte, tým rýchlejšie sa vám ju podarí priviesť do varu. Uistite sa však, že ste pridali dostatočné množstvo vody, aby ste ju nevyvarili príliš rýchlo. Približne 75 ml by malo stačiť.


umiestnite fľašu na horúcu platňu alebo horák. To bude slúžiť ako zdroj tepla pre vašu vodu. Uistite sa, že ste vodu zohriali na bod varu. To prinúti vzduch expandovať z hornej časti banky a tiež vytvárať vodnú paru, ktorá naplní balónik.[6]


Otvorený koniec balónika položte na otvor banky. Nezabudnite, že banka sa zahrieva. Pri upevňovaní balónika na otvor banky by ste mali používať rukavice, aby ste si nepopálili ruky. Uistite sa, že balónik je dostatočne hlboko na hrdle banky, aby sa ľahko neodtrhol.[7]

  • Môže byť jednoduchšie a bezpečnejšie nasadiť balónik na banku pred ohrievaním vody.


Pozorujte rozpínanie balónika. Upevnením balónika nad vrchom banky sa vytvorí tesnenie a vzduch sa bude môcť rozpínať len do balónika. Toto rozpínanie vzduchu do balónika spôsobí, že sa balónik sám rozšíri. Nedovoľte, aby sa balónik zväčšil natoľko, aby praskol.[8]


Presuňte banku do ľadového kúpeľa. Na prípravu ľadového kúpeľa stačí dať vodu a ľad do nádoby. Toto je veľmi jednoduchý a rýchly spôsob ochladenia obsahu banky. Na prenesenie banky zo zdroja tepla do ľadového kúpeľa použite rukavice.[9]


Pozorujte sanie na balóniku. Rýchle ochladzovanie plynu v banke a balóniku spôsobí zmenšenie objemu plynu. Keď sa objem zmenší, zmenší sa aj objem balóna, čo spôsobí jeho zmenšenie. Keď sa plyn ešte viac ochladí a ešte viac stiahne, objem plynu sa zmenší natoľko, že tlak mimo banky zatlačí balónik úplne dovnútra banky.[10]

Metóda 3 z 3:Matematická demonštrácia Charlesovho zákona


Uvažujte o vzťahoch medzi vlastnosťami ideálneho plynu. Jacques Charles a neskôr Joseph Gay-Lussac dokázali, že teplota plynu priamo súvisí s jeho objemom, keď tlak a hmotnosť plynu zostávajú konštantné. To znamená, že pre daný plyn objem plynu vydelený teplotou plynu poskytne rovnaké číslo pre každú kombináciu objemu a teploty.[11]


Uistite sa, že vaše jednotky sú 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 rozmerovú analýzu na ich prevod na správne jednotky. V opačnom prípade nebudú vaše výpočty správne.[12]


Na zostavenie rovnice použite k. Počiatočný objem (V1) plynu vydelený počiatočnou teplotou (T1) tohto plynu sa rovná určitej konštante k. Ak sa zmení objem alebo teplota tohto plynu, obe hodnoty sa zmenia tak, že nový objem (V2) vydelený novou teplotou (T2) sa bude tiež rovnať rovnakej konštante k. Keďže V1/T1=k a V2/T2=k, V1/T1=V2/T2.[13]


  • Vyriešte rovnicu pre neznámu premennú. Pri zadaní problému na riešenie dostanete k dispozícii niektoré z meraní a budete požiadaní, aby ste vypočítali chýbajúcu časť rovnice. Vyhľadajte v probléme všetky dané hodnoty a umiestnite ich do príslušnej časti rovnice. Keď už máte v rovnici všetky známe hodnoty, stačí rovnicu usporiadať tak, aby vaša neznáma hodnota bola sama, a potom vykonať aritmetiku. Na vyriešenie problému ste použili Charlesov zákon.[14]
  • Odkazy