3 spôsoby demonštrácie ochladzovania rozpínajúceho sa plynu

Vedci intenzívne študujú správanie plynov. Jednou zo zaujímavých tém je, ako sa plyn pri rozpínaní ochladzuje. Na presné meranie je najlepšie robiť to za adiabatických podmienok. Teoreticky by adiabatické podmienky znamenali, že medzi systémom (plynom) a okolitým prostredím sa nemôže vymieňať absolútne žiadne teplo. Hoci to nie je možné, postačí teplota plynu expandujúceho v dobre izolovaných podmienkach.

Metóda 1 z 3:Napodobňovanie adiabatických podmienok


Spojte 2 izolované nádoby. V jednej nádobe sa bude nachádzať plyn pred expanziou. Druhá nádoba bude prázdna a poskytne dodatočný objem, ktorý plyn pri rozpínaní obsadí. Použite hadicu alebo potrubie s ventilom na prepojenie týchto nádob tak, aby sa obsah spojených nádob mohol navzájom uzavrieť.[1]


Vytvorte tlak v prvej nádobe. Skontrolujte, či je ventil medzi nádobami uzavretý. Použite valec so stlačeným vzduchom na vtlačenie vzduchu do prvej nádoby. Stlačte nádobu na tlak približne 1.5 atm.[2]

  • Na kontrolu tlaku použite barometer.


Vyprázdnite druhú nádobu. Zabezpečte, aby ventil medzi nádobami zostal uzavretý. Pomocou vákuovej pumpy odčerpajte plyn z druhej nádoby. Nebude možné odstrániť všetok plyn z nádoby, ale mali by ste sa uistiť, že v nádobe je približne 0.1 atm.[3]

  • Na určenie podtlaku (vákua) možno použiť barometer.

Metóda 2 z 3:Vykonanie experimentu


Urobte počiatočné merania teploty plynu. Po natlakovaní prvej nádoby nechajte plyn približne 5 minút nerušene stáť. To by malo stačiť na to, aby sa teplota vyrovnala a poskytla presný údaj. Odčítajte teplotu plynu v nádobe a zaznamenajte ju ako počiatočnú teplotu.[4]

  • Ideálne je použiť nádobu s vekom alebo kohútom (ventil, ktorý reguluje prietok plynu). Takto môžete vložiť teplomer do kohútika a zmerať teplotu bez toho, aby plyn unikol.


Nechajte plyn expandovať do oboch nádob. Otvorte ventil. Plyn sa bude pohybovať z nádoby s vysokým tlakom do nádoby s nízkym tlakom, kým nedosiahne rovnováhu. Toto je známe ako expanzia.


Vykonajte záverečné meranie teploty. Po rozšírení plynu vykonajte druhé meranie teploty. Zaznamenajte tento údaj ako konečnú teplotu. Všimnite si, že táto teplota by mala byť nižšia ako vaša počiatočná teplota.[5]

Metóda 3 z 3:Pochopenie výsledkov


Uvažujte o zákone ideálneho plynu. Zákon ideálneho plynu opisuje správanie hypotetického plynu, v ktorom molekuly medzi sebou neinteragujú, s výnimkou úplne pružných zrážok. Pružné zrážky nevyvolajú žiadnu zmenu čistej energie. Podľa tohto zákona, ak sa zväčšuje objem a tlak sa udržiava konštantný, teplota by sa zvýšila. Je teda jasné, že skutočné plyny sa nesprávajú „ideálne“. Rovnica opisujúca toto správanie je PV = nR: [6]

  • P = tlak
  • V = objem
  • n = molekuly plynu
  • R = konštanta ideálneho plynu
  • T = teplota


Uvedomte si, že molekuly plynu na seba navzájom pôsobia. Hlavný rozdiel medzi ideálnymi a skutočnými plynmi je v tom, že skutočné plyny majú molekuly, ktoré na seba vzájomne nepružne pôsobia. To znamená, že energetický stav molekúl sa mení na základe toho, ako na seba navzájom pôsobia.[7]

  • To znamená, že teplo bude stúpať v menšom objeme plynu (v dôsledku väčšieho počtu zrážok medzi molekulami) a bude klesať, keď rovnaké množstvo plynu zaberie väčší objem.

  • Majte na pamäti, že skutočne adiabatický systém neexistuje. Je dôležité uvedomiť si, že adiabatické podmienky sú teoretické. Neexistuje nič také ako dokonale izolovaný systém a bude dochádzať k určitej výmene tepla s vonkajším vesmírom. To znamená, že ak sa merania vykonávajú dostatočne rýchlo, táto výmena môže byť pri tomto experimente zanedbateľná.[8]
  • Odkazy