Thí nghiệm KHẢO SÁT PHƯƠNG TRÌNH TRẠNG THÁI KHÍ LÍ TƯỞNG

hối khí cần khảo sát được chứa trong một pipette đặt thẳng đứng, giới hạn một đầu bởi van ba chiều, đầu còn lại được giới hạn bởi mặt thoáng khối dầu kĩ thuật. Để làm thay đổi nhiệt độ của khí, người ta lồng pipette trong một ống thủy tinh chứa một lượng nước phù hợp. Khi cân bằng nhiệt xảy ra,nhiệt độ của khối khí trong pipette sẽ bằng với nhiệt độ của khối nước, và được xác định giá trị bởi một nhiệt kế rượu đặt chìm một phần trong nước. Để nhiệt độ của khối nước được đồng nhất, người ta sử dụng cơ chế khoáy nước bằng cách sục khí nén vào phần bên dưới của khối nước trong ống thủy tinh.Trạng thái của một khối khí được gọi là xác định khi 3 thông số trạng thái: ápsuất (p); thể tích (V) và nhiệt độ (T) của nó không thay đổi theo thời gian

Báo cáo Thí nghiệm Vật lí đại cương – GVHD: BÁO CÁO THÍ NGHIỆM VẬT LÝ ĐẠI CƯƠNG BÀI KHẢO SÁT PHƯƠNG TRÌNH TRẠNG THÁI KHÍ LÍ TƯỞNG Thơng tin thực thí nghiệm - Họ tên: - MSSV: - Thời gian thực thí nghiệm: Tên thí nghiệm: Khảo sát phương trình trạng thái khí lí tưởng Giới thiệu chung 3.1 Mục đích thí nghiệm Kiểm chứng lại ba định luật thực nghiệm chất khí: định luật Boyle – Mariotte, định luật Charles định luật Gay – Lussac Từ đó, kiểm chứng lại điều kiện áp dụng phương trình trạng thái khí lí tưởng cho khối khí thực tế 3.2 Tóm tắt lí thuyết Khối khí cần khảo sát chứa pipette đặt thẳng đứng, giới hạn đầu van ba chiều, đầu cịn lại giới hạn mặt thống khối dầu kĩ thuật Để làm thay đổi nhiệt độ khí, người ta lồng pipette ống thủy tinh chứa lượng nước phù hợp Khi cân nhiệt xảy ra,nhiệt độ khối khí pipette với nhiệt độ khối nước, xác định giá trị nhiệt kế rượu đặt chìm phần nước Để nhiệt độ khối nước đồng nhất, người ta sử dụng chế khoáy nước cách sục khí nén vào phần bên khối nước ống thủy tinh Trạng thái khối khí gọi xác định thơng số trạng thái: áp suất (p); thể tích (V) nhiệt độ (T) khơng thay đổi theo thời gian Định luật Định luật Boyle Quá trình Quá trình biến đổi trạng thái nhiệt độ giữ khơng đổi gọi q trình đẳng nhiệt Phương trình pV = const Điều kiện Phát biểu Với khối lượng khí xác định, nhiệt Khối khí xác độ khơng đổi định nhiệt thay đổi trạng thái độ khơng đổi khí tức làm biến thiên áp suất Báo cáo Thí nghiệm Vật lí đại cương – GVHD: thể tích nó, tích số áp suất với thể tích số Mariotte (1662-1672) Định luật Charles (1787) Định luật Gay Lussac (1802) Quá trình biến đổi trạng thái thể tích giữ khơng đổi gọi q trình đẳng tích Q trình biến đổi trạng thái áp suất giữ khơng đổi gọi q trình đẳng áp p = const T Trong trình Khối khí xác đẳng tích lượng định thể khí định, áp tích suất tỉ lệ thuận với không đổi nhiệt độ tuyệt đối V = const T Khi áp suất khơng Khối khí xác đổi thể tích định áp khối lượng khí suất không cho trước biến thiên đổi bậc theo nhiệt độ Điều thú vị tên gọi định luật đẳng áp đẳng tích với kiện liên quan đến nhà khoa học Charles Gay – Lussac Trả lời: Định luật Charles mô tả mối quan hệ thể tích nhiệt độ chất khí Định luật Joseph Louis Gay-Lussac cơng bố lần vào năm 1802, ông tham khảo cơng trình chưa xuất Jacques Charles từ khoảng năm 1787 Định luật nói áp suất khơng đổi, thể tích khối lượng định khí lý tưởng tăng giảm yếu tố nhiệt độ (tính Kelvin) Nói cách khác, nhiệt độ khối lượng tỷ lệ thuận trực tiếp Tuyên bố mặt toán học, mối quan hệ là: V1 V2 = T1 T2 Mơ hình mối quan hệ nhiệt độ có chứa phân tử khí phía bên trái hàng rào di chuyển khối lượng khí mở rộng hợp đồng, giữ cho ap suất số Chạy mơ hình thay đổi nhiệt độ Phương trình trạng thái chất khí: Đối với khối khí khơng đổi, thơng số trạng thái khối khí trạng thái cân nhiệt động lực học liên hệ thông qua biểu thức: Báo cáo Thí nghiệm Vật lí đại cương – GVHD: pV = m RT, μ với m  khối lượng khối lượng mol chất khí xét Bố trí thiết bị, dụng cụ thí nghiệm Nhiệm vụ học tập Bạn đọc kĩ phần giới thiệu chung, nghiên cứu Hình 8.1 8.2; đồng thời sử dụng liệu Bảng 8.1 để điền vào ô trống cột Tên gọi Kí hiệu Bảng 8.2 Bảng 8.1: Dữ liệu để lựa chọn điền vào ô trống Bảng 8.2 Tên gọi Kí hiệu Bình thủy tinh; Van chiều; Nhiệt kế; V3; B; C1; P; V1; C3; D; V2; Bơm khí; V4; Phễu thủy tinh; Cylindre; Áp kế điện tử; C2; Áp kế; F; T Van chiều; Pipette thủy tinh; Cylindre Piston; Bơm nén khí; Van chiều; Dầu kĩ thuật; Cylindre; Hệ tay quay vít-me; Van chiều Bảng 8.2: Cấu tạo, chức nguyên lý hoạt động hệ thí nghiệm STT Tên gọi Kí hiệu Cơng dụng (Hình 8.1) Báo cáo Thí nghiệm Vật lí đại cương – GVHD: ( Nếu có, Hình 8.2) Áp kế điện tử Bơm nén khí Van 3 chiều Van chiều Cylindre piston Áp kế Đo áp suất khối khí cần khảo sát chứa pipette thủy tinh Khi sục khí vào khối nước giúp trộn Bơm khí phần nước khác ống, tạo đồng nhiệt độ khối nước Cho phép điều khiển ra/vào khơng khí V1 nhánh N1 để đo áp suất khí nhánh N1 nối với áp kế điện tử V2 Cho phép điều khiển ra/vào khơng khí vùng khống gian cylindre C1 C2 Khi đẩy vào kéo piston làm áp suất C1 khơng khí hệ C1 C2 tăng/giảm, từ làm thay đổi độ cao mực dầu nhánh N1 N2 Làm bình chứa khối dầu kĩ thuật, đồng thời kết Cylindre C2 hợp với cylindre C1 để tạo thành khối không khí kín Van chiều Một đầu van bịt kín nên có có tác V4 dụng giữ xả khối nước chứa bình thủy tinh cần thiết Chứa pipette, nước số thành phần khác Bình thủy tinh Pipette thủy tinh B P hệ thí nghiệm Chứa khối khí cần khảo sát thơng số trạng thái Báo cáo Thí nghiệm Vật lí đại cương – GVHD: Đo nhiệt độ nước, từ suy nhiệt độ 10 Nhiệt kế T khối khí nghiên cứu cân nhiệt Một đầu van bịt kín nên có có tác dụng giữ xả khối khí cần khảo sát chứa 11 Van chiều V3 pipette thủy tinh cần thiết Giúp việc đổ nước vào bình thủy tinh thuận 12 Phễu thủy tinh F tiện, an toàn Tác nhân truyền áp suất cylindre C2 nhánh N1, N2; đồng thời đóng vai trị phần 13 Dầu kĩ thuật D bình chứa khối khơng khí khảo sát Chứa dầu kĩ thuật trường hợp sinh viên thực sai thao tác khiến dầu bị tràn khỏi 14 Cylindre C3 nhánh N1 N2 Giúp việc dịch chuyển piston cylindre C1 dễ dàng, có tác dụng giữ n vị trí 15 Hệ tay quay vitme piston mà không cần can thiệp người làm thí nghiệm Báo cáo Thí nghiệm Vật lí đại cương – GVHD: Nhiệm vụ học tập Cấu tạo cách sử dụng van chiều Bằng cách tìm hiểu qua số đường link gợi ý bên khảo sát van chiều thực tế, bạn cho biết cấu tạo van chiều loại T loại L https://bit.ly/37Vfyim https://bit.ly/3uHP1i8 Hãy nêu tính chất đóng/mở ba nhánh (a, b, c) vị trí góc xoay khác van chiều loại T hình bên Hình 8.3 Van chiều vị trí đặc biệt Biết cạnh tay xoay trùng với nhánh cho chất lưu chảy qua nhánh Cịn trạng thái khác nhánh bị khóa (đóng) (ở góc 45° hiệu ứng khóa cực đại) Cấu tạo van chiều loại T L Van chiều loại T: + Có thể lấy luồng đầu vào để chảy thông qua cổng đầu chung ngược lại Có thể chuyển hướng dòng chảy từ cổng sang cổng khác + Có thể giới hạn đến hai số ba cổng van cho phép dòng chảy qua cổng lúc ⇒ Gọi van trộn + Thuận tiện cho việc trộn dòng chất lỏng phân chia dòng chất Cấu tạo van chiều loại T gồm: Thân van gồm lỗ Khóa van để điều chỉnh dòng chất lỏng Gioăng Vịng đệm Nắp van Báo cáo Thí nghiệm Vật lí đại cương – GVHD: Ống lót Đai Van chiều loại L (tương tự loại T) +Dòng van cho phép dòng chảy từ cửa vào hai cửa khác Giúp điều hướng di chuyển dòng chảy theo hướng mong muốn + Hầu hết van lưu lượng kiểu chữ L nằm ngang có tay cầm giới hạn 180 độ quay Điều cung cấp cho ba tùy chọn luồng: • Dịng chảy trái • Dịng chảy • Cắt tắt dịng chảy Hãy nêu tính chất đóng/mở ba nhánh (a, b, c) vị trí góc xoay khác van chiều loại T hình bên Hình Đóng Mở a,b,c a Hình Đóng Mở b b,c a,c c a,b Nhiệm vụ học tập Hãy trả lời câu hỏi sau đây: Khi van V3 vị trí khóa van V1 nối áp kế điện tử với khối khí nhánh Báo cáo Thí nghiệm Vật lí đại cương – GVHD: N2, áp kế cho ta giá trị áp suất khối khí cần khảo sát (chứa pipette thủy tinh) miễn mực dầu hai nhánh N1 N2 nhau? Trong thực tế, lúc điều kiện xảy Ta chấp nhận áp suất bề mặt thoáng hai nhánh N1 N2 mực chất lỏng nhánh không chênh lệch 1mmHg Hỏi chênh lệch tối thiểu độ cao hai mặt thoáng ta khơng thể chấp nhận điều trên? Biết tỉ trọng dầu kĩ thuật d=0,88 Giả sử trường hợp xấu nhất, mực dầu nhánh N1 cao/thấp nhánh N2 khoảng H (đáng kể) Nếu áp kế p1mmHg áp suất thực tế khối khí pipette bao nhiêu? Trả lời: Mực dầu hai nhánh N1 N2 nhau, độ cao áp suất chất có áp suất nhau, tức pN1 = pN2 Chính áp kế đo áp suất nhánh N1 áp suất giá trị áp suất khối khí cần khảo sát (chứa pipette thủy tinh) Tỉ trọng dầu kĩ thuật d = 0,88 tức khối lượng riêng dầu kĩ thuật 𝐷 = 880 𝑘𝑔/𝑚3 Ta có cơng thức áp suất: p = F P mg g g = = = D V = D S h = D h g = d h S S S S S ⇒ Δp = D Δh g ⇒ Δh = Δp 133,3kg/m s = ≈ 0,015 m = 15mm Dg 880 kg m3 10m/s2 Vậy chênh lệch tối thiểu độ cao hai mặt thống 15mm ta chấp nhận điều Trong trường hợp xấu nhất, mực dầu nhánh N1 cao/thấp nhánh N2 khoảng H (đáng kể) Nếu áp kế p1mmHg áp suất thực tế khối khí pipette bao nhiêu? ptt = p1 (mmHg) ± d H • LƯU Ý AN TỒN KHI THỰC HIỆN THÍ NGHIỆM Báo cáo Thí nghiệm Vật lí đại cương – GVHD: Thí nghiệm có sử dụng chất lỏng dầu kĩ thuật nên bạn phải lưu ý đến trình tự thao tác để bảo đảm dầu không di chuyển khỏi phạm vi ống pipette ống nối áp kế Bạn phải báo cáo với giáo viên hướng dẫn xảy cố để kịp thời xử lí Tuyệt đối KHÔNG làm dầu kĩ thuật lọt khỏi ống pipette nhánh N1 N2 Để đảm bảo điều này, trước bắt tay vào thực thí nghiệm sau kết thúc thí nghiệm, bạn phải đưa áp suất khối khí có hệ áp suất khí cách thực thứ tự bước sau: Bước 1: Thiết lập van V1, V2 V3 vị khí khóa tất nhánh chúng Bước 2: Mở từ từ van V2 để nằm vị trí thơng nhánh Lúc này, áp suất cylindre C2 đưa giá trị áp suất khí Bước 3: Xoay từ từ tay vặn V1 V3 cho nhánh nối thông với - Cẩn thận nhẹ nhàng làm thí nghiệm đồ dễ vỡ (Bình thuỷ tinh, phễu thuỷ tinh, ) - Cẩn thận với nước nóng làm thí nghiệm, bỏng tay nên chạy tới vòi nước xả nước lạnh vào tay Thực đo đạc 5.1 Kiểm chứng định luật Boyle – Mariotte: Mục đích thí nghiệm: Kiểm chứng lại định luật Boyle-Mariotte Từ đó, kiểm chứng lại điều kiện áp dụng phương trình trạng thái khí lý tưởng cho khối khí thực tế Báo cáo Thí nghiệm Vật lí đại cương – GVHD: • Lần 1: 𝐕𝟎 đ𝐨 = 𝟎, 𝟕𝟎 𝐦𝐥 (do 𝐕𝐭𝐡ự𝐜 = 𝐕𝟎 đ𝐨 + 𝟎, 𝟏𝟒 𝐦𝐥 = 𝟎, 𝟖𝟒 𝐦𝐥) Bước 1: Vặn van V1 , V2 , V3 cho thơng với khơng khí, khố van V4 (nghiêng 45° ) Lúc áp suất nhiệt độ khối khí phụ với áp suất nhiệt độ khối khí cần khảo sát với mơi trường Sau kéo pittong hết cỡ Sau khố V2 với khơng khí (vẫn để thơng với nhánh C1 C2 ), cịn V1 khố với khơng khí (vẫn để thông với áp kế nhánh N1 ) Bước 2: Vặn từ từ pittong thể tích khối khí bên cần khảo sát dâng lên mức cần đo với lần 1:V0 đo = 0,70 ml (do Vthực = V0 đo + 0,14 ml = 0,84 ml) khoá van V3 lại (nghiêng 45° ) để cố định khối khí cần xét Lúc này, áp kế áp suất ban đầu (p0 đo ), nhiệt độ ban đầu nhiệt độ phịng (ta coi nhiệt độ phịng khơng đổi T0 đo ) Bước 3: Đọc ghi lại số liệu V0 đo , p0 đo , T0 đo, Lưu ý: Giá trị áp suất tuyệt đối tính bằng: p = pđo + p0 = (pđo + 760)mmHg Giá trị thể tích thực tế khối khí lớn 0,14ml so với giá trị đọc thang đo pipette Vđo: Vkhí = (Vđo + 0,14)ml Nhiệt độ tuyệt đối: T(K) = t°C + 273 10 Báo cáo Thí nghiệm Vật lí đại cương – GVHD: Bước 4: Từ từ vặn hệ tay quay cho pittong vào để tăng giảm thể tích khí xét Khi điều chỉnh thể tích áp suất khối khí pipette thuỷ tinh thay đổi theo Bước 5: Đọc ghi lại kết (3 lần) áp suất thể tích tương ứng trình điều chỉnh hệ tay quay • Lần 2: 𝐕𝟎 đ𝐨 = 𝟏, 𝟓𝟎 𝐦𝐥 (𝐝𝐨 𝐕𝐭𝐡ự𝐜 = 𝐕𝟎 đ𝐨 + 𝟎, 𝟏𝟒 𝐦𝐥 = 𝟏, 𝟔𝟒 𝐦𝐥) Thực tương tự lần (chỉ thay đổi 𝐕𝟎 đ𝐨 = 𝟏, 𝟓𝟎 𝐦𝐥 ) 5.2 Kiểm chứng định luật Charles Mục đích: Kiểm chứng lại định luật Charles Từ đó, kiểm chứng lại điều kiện áp dụng phương trình trạng thái khí lý tưởng cho khối khí thực tế Bước 1: Vặn van V1 , V2 , V3 cho thơng với khơng khí, khố van V4 (nghiêng 45° ) Bước 2: Đổ nước sôi vào bình thuỷ tinh phễu thuỷ tinh (chỉ đổ gần đầy), sau mở máy bơm nén khí 1-2 phút để sục khí bên trong, để chất lỏng bình thuỷ tinh đồng Bước 3: Kéo pittong hết cỡ sau khố V2 với khơng khí (vẫn để thơng với nhánh C1 C2 ), khố V1 với khơng khí (vẫn để thơng với áp kế nhánh N1 ) 11 Báo cáo Thí nghiệm Vật lí đại cương – GVHD: Bước 4: Vặn từ từ pittong thể tích dâng lên mức cần đo với V0 đo = 1,50 ml (do Vthực = V0 đo + 0,14 ml = 1,64 ml), đồng thời đợi cho nhiệt độ nhiệt kế 80°C khoá van V3 lại (nghiêng 45° ) để cố định khối khí cần xét Bước 5: Đọc ghi lại số liệu V0 đo , p0 đo , T0 đo Lưu ý: Giá trị áp suất tuyệt đối tính bằng: p = pđo + p0 = (pđo + 760)mmHg Giá trị thể tích thực tế khối khí lớn 0,14ml so với giá trị đọc thang đo pipette Vđo: Vkhí = (Vđo + 0,14)ml Nhiệt độ tuyệt đối: T(K) = t°C + 273 Bước 6: Mở V4 thơng với khơng khí để xả lượng nước nóng bình B ( xả vừa phải), đổ nước lạnh vào bình B phễu F để giảm nhiệt độ khối khí cần đo ( đổ ít, khoảng 1/5 ống) tiếp tục cho sục khí Sau đẩy pittong cho thể tích khối khí pipette không đổi với V0 đo = 1,50 ml Bước 7: Quan sát áp kế nhiệt kế lúc Đọc ghi lại kết ( lần) LƯU Ý: Khi đổ nước nóng vào bình thủy tinh chứa nước, bạn cần chờ thời gian để nước trao đổi nhiệt với khí Pipette, để từ nhiệt độ khối khí có giá trị nhiệt độ nước đo nhiệt kế 5.3 Kiểm chứng định luật Gay – Lussac Mục đích: Kiểm chứng lại định luật Gay-Lussac Từ đó, kiểm chứng lại điều kiện áp dụng phương trình trạng thái khí lý tưởng cho khối khí thực tế 12 Báo cáo Thí nghiệm Vật lí đại cương – GVHD: Bước 1: Vặn van V1 , V2 , V3 cho thơng với khơng khí, khố van V4 (nghiêng 45° ) Bước 2: Đổ nước sơi vào bình thuỷ tinh phễu thuỷ tinh (chỉ đổ gần đầy), sau mở máy bơm nén khí 1-2 phút để sục khí bên trong, để chất lỏng bình thuỷ tinh đồng Bước 3: Kéo pittong hết cỡ sau khố V2 với khơng khí (vẫn để thơng với nhánh C1 C2 ), khố V1 với khơng khí (vẫn để thơng với áp kế nhánh N1 ) Bước 4: Vặn từ từ pittong thể tích dâng lên mức cần đo với V0 đo = 1,00 ml (do Vthực = V0 đo + 0,14 ml = 1,14 ml), đồng thời đợi cho nhiệt độ nhiệt kế 80°C khoá van V3 lại (nghiêng 45° ) để cố định khối khí cần xét Bước 5: Đọc ghi lại số liệu V0 đo , p0 đo , T0 đo Lưu ý: Giá trị áp suất tuyệt đối tính bằng: p = pđo + p0 = (pđo + 760)mmHg Giá trị thể tích thực tế khối khí lớn 0,14ml so với giá trị đọc thang đo pipette Vđo: Vkhí = (Vđo + 0,14)ml Nhiệt độ tuyệt đối: T(K) = t°C + 273 13 Báo cáo Thí nghiệm Vật lí đại cương – GVHD: Bước 6: Mở V4 thơng với khơng khí để xả lượng nước nóng bình B ( xả vừa phải), đổ nước lạnh vào bình B phễu F để giảm nhiệt độ khối khí cần đo ( đổ ít, khoảng 1/5 ống) tiếp tục cho sục khí Sau đẩy pittong cho áp suất khối khí pipette không đổi với P0 đo Bước 7: Quan sát thể tích khối khí pipette nhiệt kế lúc Đọc ghi lại kết ( lần) LƯU Ý: Khi đổ nước nóng vào bình thủy tinh chứa nước, bạn cần chờ thời gian để nước trao đổi nhiệt với khí Pipette, để từ nhiệt độ khối khí có giá trị nhiệt độ nước đo nhiệt kế Kết thảo luận 6.1 Kiểm chứng định luật Boyle – Marriote Thí nghiệm lần 1: 𝐕𝟎 đ𝐨 = 𝟎, 𝟕𝟎 𝐦𝐥 (do 𝐕𝐭𝐡ự𝐜 = 𝐕𝟎 đ𝐨 + 𝟎, 𝟏𝟒 𝐦𝐥 = 𝟎, 𝟖𝟒 𝐦𝐥) V0 = 0,84  0,02 ml p0 = 769  mmHg T0 = 301  K ⇒ p0 V0 = 645,96 mmHg ml KẾT QUẢ ĐO Lần đo pV = p (mmHg) Vkhí (ml) pVkhí (mmHg.ml) 865 986 1170 0,74 0,64 0,54 640,10 631,04 631,80 p1 V1 + p2 V2 + p3 V3 640,10 + 631,04 + 631,80 = = 634,31 mmHg 3 δ= |p0 V0 − pV| |645,96 − 634,31| = = 1,80% < 10% p0 V0 645,96 Kết luận: Vậy định luật Boyle – Marriote thu nghiệm với sai số 1,80% nên kết thí nghiệm phù hợp với lí thuyết Thí nghiệm lần 2: 𝐕𝟎 đ𝐨 = 𝟏, 𝟓𝟎 𝐦𝐥 (𝐝𝐨 𝐕𝐭𝐡ự𝐜 = 𝐕𝟎 đ𝐨 + 𝟎, 𝟏𝟒 𝐦𝐥 = 𝟏, 𝟔𝟒 𝐦𝐥) V0 = 1,64  0,02 ml p0 = 765  mmHg 14 ⇒ p0 V0 = 1254,60 mmHg ml Báo cáo Thí nghiệm Vật lí đại cương – GVHD: T0 = 301  K KẾT QUẢ ĐO pV = Lần đo p (mmHg) Vkhí (ml) pVkhí (mmHg.ml) 914 1,34 1224,76 981 1,24 1216,44 1064 1,14 1212,96 p1 V1 + p2 V2 + p3 V3 1224,76 + 1216,44 + 1212,96 = = 1218,05 mmHg ml 3 δ= |p0 V0 − pV| |1254,60 − 1218,05| = = 2,91% p0 V0 1254,60 Vậy định luật Boyle – Marriote thu nghiệm với sai số 2,91% nên kết thí nghiệm phù hợp với lí thuyết Vẽ hai đồ thị giản đồ (p, V) Từ đó, trả lời câu hỏi sau: a) Bạn có nhận thấy đường khớp chúng có hình dạng hyperbol lý thuyết khơng? b) Vì chúng khơng nằm đường khớp hai khối khí thực nhiệt độ? c) Bạn phải vẽ hai đồ thị giản đồ với hệ trục để chúng có dạng đường thẳng? Khi đó, lý thuyết chúng có cần phải qua gốc tọa độ khơng? So sánh với đồ thị thực tế bạn có để đưa nhận xét kết luận d) Vì đường thẳng ứng với thể tích ban đầu 1,64ml có độ dốc lớn đường cịn lại? 15 Báo cáo Thí nghiệm Vật lí đại cương – GVHD: Giản đồ (p,V) 1400 1170 1200 1064 986 Áp suất p (mmHg) 1000 981 865 914 769 800 765 600 400 200 0 0.2 0.4 0.6 0.8 Thể tích V (ml) 1.2 1.4 1.6 1.8 Lần 1: V khí = 0,84 ml Lần 2: V khí = 1,64 ml a) Ta thấy hình dạng chúng khơng khớp với hình dạng Hyperbol lý thuyết b) Chúng không nằm đường khớp hai khối khí thực nhiệt độ q trình thực thí nghiệm sai số mà dẫn đến hình dạng Hyperbol lẫn đồ thị không khớp với muốn chúng giống hình dạng Hyperbol ta phải thực phép đo nhiều lần để giảm thiểu sai số c) Ta phải vẽ hai đồ thị giản đồ với hệ trục (pOT) (VOT) để chúng có dạng đường thẳng 16 Báo cáo Thí nghiệm Vật lí đại cương – GVHD: Giản đồ (p,T) lần ( V khí = 1,64 ml) Giản đồ (p,T) lần ( V khí = 0.84 ml) 1200 1400 1064 1000 981 1170 1000 986 800 865 769 914 Áp suất p (mmHg) Áp suất p (mmHg) 1200 600 800 7… 600 400 400 Lần 2: V khì=1,64 ml 200 200 Lần 1: V khí = 0,84 ml Lý thuyết Lý thuyết 0 100 200 300 0 400 100 200 300 Nhiệt độ T (K) Nhiệt độ T (K) Nhận xét: Đường thẳng không qua gốc toạ độ O Đồ thị hai lần đo so với thực tế (đường thẳng song song với trục áp suất) không khớp Điều xảy sai số dụng cụ hay người thực đọc chưa xác số liệu (do mức chia nhỏ) Ngồi mơi trường tăng/ giảm nhiệt độ q trình thực thí nghiệm 6.2 Kiểm chứng định luật Charles V0 = 1,64  0,02 ml p0 = 766  mmHg ⇒ p0 = 2,17 mmHg/K T0 T0 = 353  K KẾT QUẢ ĐO Lần đo 17 p (mmHg) 754 749 747 T (K) 347 344 342 p/T (mmHg/K) 2,17 2,18 2,18 400 Báo cáo Thí nghiệm Vật lí đại cương – GVHD: p1 p2 p3 + + mmHg T1 T2 T3 2,17 + 2,18 + 2,18 P/T = = = 2,18 3 K p | − P/T | |2,17 − 2,18| T δ= p = = 0,38% < 10% 2,17 T0 Vậy định luật Charles thu nghiệm với sai số 0,38% nên kết thí nghiệm phù hợp với lí thuyết Vẽ đồ thị giản đồ (p, T) Từ đó, trả lời câu hỏi sau: a) Bạn có nhận thấy đường khớp có hình dạng đường thẳng khơng? b) Nếu lý thuyết có cần phải qua gốc tọa độ không? So sánh với đồ thị thực tế bạn có để đưa nhận xét kết luận GIẢN ĐỒ (P,T) 770 766 Áp suất p (mmHg) 765 760 754 755 749 750 747 745 340 342 344 346 348 Nhiệt độ T (K) 18 350 352 354 Báo cáo Thí nghiệm Vật lí đại cương – GVHD: GIẢN ĐỒ (P,T) 900 747 Áp suất p (mmHg) 800 749 754 766 700 600 500 400 300 200 100 0 50 100 150 200 250 300 350 400 Nhiệt độ T (K) a) Đồ thị khớp với hình dạng đường thẳng p b) Trên lí thuyết tỉ số khơng đổi q trình đẳng tích đồ thị phải có hình T dạng đường thẳng qua gốc toạ độ O Tuy nhiên thực tế, ta nhận thấy hình dạng chúng đường thẳng trình thí nghiệm xảy sai số dụng cụ thao tác thực (quan sát, đo đạc, ) Ngồi cịn tác nhân mơi trường thay đổi 6.3 Kiểm chứng định luật Gay – Lussac V0 = 1,14  0,02 ml p0 = 768  mmHg ⇒ T0 = 353  K V0 = 0,0032 ml/K T0 KẾT QUẢ ĐO Lần đo T (K) Vkhí (ml) 𝐕𝐤𝐡í (ml/K) 0,00322 0,00323 0,00323 𝐓 342 335 328 1,10 1,08 1,06 V1 V2 V3 V T1 + T2 + T3 0,00322 + 0,00323 + 0,00323 ml = = = 0,00323 T 𝟑 K V | − V/T| |0,00322 − 0,00323| T δ= = = 0,17% < 10% V0 0,00322 T0 19 Báo cáo Thí nghiệm Vật lí đại cương – GVHD: Vậy định luật Gay - Lussac thu nghiệm với sai số 0,17% nên kết thí nghiệm phù hợp với lí thuyết Vẽ đồ thị giản đồ (V, T) Từ đó, trả lời câu hỏi sau: a) Bạn có nhận thấy đường khớp có hình dạng đường thẳng khơng? b) Nếu lý thuyết có cần phải qua gốc tọa độ không? So sánh với đồ thị thực tế bạn có để đưa nhận xét kết luận GIẢN ĐỒ (V,T) 1.15 1.14 1.14 Thể tích V (ml) 1.13 1.12 1.11 1.1 1.1 1.09 1.08 1.07 1.08 1.06 1.06 1.05 325 330 335 340 345 350 355 Nhiệt độ T(K) Giản đồ (V,T) 1.2 1.1 1.1 1.08 0.9 Thể tích V (ml) 1.14 1.06 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0 50 100 150 200 Nhiệt độ T (K) a) Đồ thị khớp với hình dạng đường thẳng 20 250 300 350 400 Báo cáo Thí nghiệm Vật lí đại cương – GVHD: V b) Trên lí thuyết tỉ số khơng đổi q trình đẳng áp có hình dạng T đường thẳng qua gốc toạ độ O Tuy nhiên thực tế, ta nhận thấy hình dạng chúng khơng phải đường thẳng q trình thí nghiệm xảy sai số dụng cụ thao tác thực (quan sát, đo đạc, ) Ngoài cịn tác nhân mơi trường thay đổi Từ định luật kiểm chứng phương trình trạng thái khí lí tưởng 7.1 Định luật Boyle – Marriotte Thí nghiệm lần 1: 𝐕𝟎 đ𝐨 = 𝟎, 𝟕𝟎 𝐦𝐥 (do 𝐕𝐭𝐡ự𝐜 = 𝐕𝟎 đ𝐨 + 𝟎, 𝟏𝟒 𝐦𝐥 = 𝟎, 𝟖𝟒 𝐦𝐥) V0 = 0,84  0,02 ml p0 = 769  mmHg T0 = 301  K p0 V0 ml ⇒ = 2,146 mmHg T0 K KẾT QUẢ ĐO Lần đo p (mmHg) T (K) Vkhí (ml) 𝐏𝐕𝐤𝐡í 𝐦𝐥 (𝐦𝐦𝐇𝐠 ) 𝐓 𝐊 986 865 1170 301 301 301 0,64 0,74 0,54 2,096 2,127 2,099 p1 V1 p2 V2 p3 V3 + + 2,096 + 2,127 + 2,099 ml T1 T2 T3 PV/T = = = 2,107 mmHg 𝟑 K p V | 0 − pV/T| |2,146 − 2,107| T0 δ= = = 1,82% < 10% p0 V0 2,146 T0 Vậy phương trình trạng thái khí lí tưởng thu nghiệm trường hợp đẳng nhiệt với sai số 1,82% nên kết thí nghiệm phù hợp với lí thuyết Thí nghiệm lần 2: 𝐕𝟎 đ𝐨 = 𝟏, 𝟓𝟎 𝐦𝐥 (𝐝𝐨 𝐕𝐭𝐡ự𝐜 = 𝐕𝟎 đ𝐨 + 𝟎, 𝟏𝟒 𝐦𝐥 = 𝟏, 𝟔𝟒 𝐦𝐥) V0 = 1,64  0,02 ml p0 = 765  mmHg T0 = 301  K 21 ⇒ p0 V0 ml = 4,168 mmHg T0 K Báo cáo Thí nghiệm Vật lí đại cương – GVHD: KẾT QUẢ ĐO Lần p (mmHg) đo Vkhí T(K) (ml) (mmHg.ml) 𝐏𝐕𝐤𝐡í 𝐦𝐥 (𝐦𝐦𝐇𝐠 ) 𝐓 𝐊 pVkhí 914 1,34 301 1224,76 4,069 1064 1,14 301 1212,96 4,030 981 1,24 301 1216,44 4,041 p1 V1 p2 V2 p3 V3 + + 4,069 + 4,030 + 4,041 ml T1 T2 T3 PV/T = = = 4,047 mmHg 𝟑 K p V | 0 − pV/T| |4,168 − 4,047| T0 δ= = = 2,90 % < 10% p0 V0 4,168 T0 Vậy phương trình trạng thái khí lí tưởng thu nghiệm trường hợp đẳng nhiệt với sai số 2,90% nên kết thí nghiệm phù hợp với lí thuyết 7.2 Kiểm chứng định luật Charles V0 = 1,64  0,02 ml p0 = 766  mmHg T0 = 353  K ⇒ p0 V0 ml = 3,558 mmHg T0 K KẾT QUẢ ĐO Lần đo p (mmHg) T (K) Vkhí (ml) 𝐏𝐕𝐤𝐡í 𝐦𝐥 (𝐦𝐦𝐇𝐠 ) 𝐓 𝐊 3,564 3,571 3,582 754 347 1.64 749 344 1,64 747 342 1,64 p1 V1 p2 V2 p3 V3 + + 3,564 + 3,571 + 3,582 ml T1 T2 T3 PV/T = = = 3,572 mmHg 𝟑 K p V | 0 − pV/T| |3,558 − 3,572| T0 δ= = = 0,39 % < 10% p0 V0 3,558 T0 22 Báo cáo Thí nghiệm Vật lí đại cương – GVHD: Vậy phương trình trạng thái khí lí tưởng thu nghiệm trường hợp đẳng tích với sai số 0,39% nên kết thí nghiệm phù hợp với lí thuyết 7.3 Kiểm chứng định luật Gay - Lussac V0 = 1,14  0,02 ml p0 = 768  mmHg T0 = 353  K ⇒ P0 V0 ml = 2,480 mmHg T0 K KẾT QUẢ ĐO Lần đo T (K) P (mmHg) Vkhí (ml) 342 335 328 768 768 768 1,10 1,08 1,06 𝐏𝐕𝐤𝐡í 𝐦𝐥 (𝐦𝐦𝐇𝐠 ) 𝐓 𝐊 2,470 2,476 2,482 p1 V1 p2 V2 p3 V3 + + 2,470 + 2,476 + 2,482 ml T1 T2 T3 PV/T = = = 2,476 mmHg 𝟑 K p V | 0 − pV/T| |2,480 − 2,476| T0 δ= = = 0,16% < 10% p0 V0 2,480 T0 Vậy phương trình trạng thái khí lí tưởng thu nghiệm trường hợp đẳng áp với sai số 0,16% nên kết thí nghiệm phù hợp với lí thuyết Nguyên nhân sai số: - Do sai số dụng cụ (áp kế, nhiệt kế, ) - Do người thực hiện: Mắt nhìn khơng xác nhiệt độ thể tích - Do nhiệt độ phịng thay đổi nên trình kiểm chứng định luật Boyler Mariotte nhiệt độ bị thay đổi Cách khắc phục sai số: - Đo thí nghiệm nhiều lần để giảm sai số - Nếu lần đo mà có nghi ngờ sai sót số liệu thu khác xa so với giá trị thực cần đo lại loại bỏ số liệu nghi sai sót 23 Báo cáo Thí nghiệm Vật lí đại cương – GVHD: 24