Thí nghiệm thiết lập phƣơng trình trạnh thái của khí lí tƣởng

II. CÁC THÍ NGHIỆM NHIỆT HỌC

3. Thí nghiệm thiết lập phƣơng trình trạnh thái của khí lí tƣởng

3.1. Mục đích thí nghiệm

Khảo sát mối liên hệ của các thơng số trạng thái (thể tích V, nhiệt độ T, áp suất p), khi cả ba thông số đều thay đổi.

Dựa vào kết quả thí nghiệm thiết lập được phương trình trạng thái của khí lí tưởng.

2.2. Cơ sở lí thuyết

Theo phương trình trạnh thái của khí lí tưởng khi ta xét lượng khí từ trạng thái 1 (p ,V ,T1 1 1) sang trạng thái 1 (p ,V ,T2 2 2) thì các thơng số tạng thái liên hệ với nhau bằng biểu thức:

1 1 2 2

1 2

p V p V pV

T  T  T  hằng số

Trong thí nghiệm này ta sẽ khảo sát mối liên hệ của các thơng số trạng thái thể tích V, nhiệt độ T, áp suất p khi cả ba thơng số đó đều thay đổi. Dựa vào kết quả đo p, V, T để tính giá trị của thương pV

T . Nếu thương số pV

T của các lần đo không đổi trong phạm vi sai số, thì ta có thể rút ra kết luận và đưa ra phương trình trạng thái của khí lí tưởng.

2.3. Dụng cụ thí nghiệm (hình 12)

1. Áp kế, giới hạn đo ( 0,5 2,0 )x10 Pa , 5 có thanh trượt gắn với pit-tơng và vít hãm ở phía sau.

2. Pit-tơng dùng hút và nén khí trong xilanh (mức dầu nhờn trong xilanh phải cao hơn 5mm so với các lỗ nhỏ nằm ở phần thân pit-tơng).

3. Giá đỡ xilanh, có thước đo thể tích của lượng khí chứa trong xilanh.

4. Xilanh bằng thủy tinh, dùng chứa lượng khí cần khảo sát.

5. Núm cao su, dùng bịt kín đầu xilanh. 6. Đế ba chân có vít chỉnh cân bằng. 7. Trụ thép inoc, đường kính Φ10mm. 8. Vít hãm, dùng giữ cố định giá đỡ xilanh. 9. Nhiệt kế 0 100 C 0 .

10. Bình đun nước.

3.4. Lắp ráp thí nghiệm

1. Lắp thiết bị khảo sát các quá trình biến đổi trạng thái của chất khí lên trụ thép inôc Φ10 cắm trên đế ba chân. Tháo núm cao su ra khỏi đầu dưới của xilanh. 1 2 3 4 5 7 8 6 9 10 20 Hình 12

2. Nới vít hãm ở phía sau giá đỡ áp kế. Kéo và nén pit-tơng lên xuống vài lần để lớp dầu nhờn trong pit-tơng có thể bơi trơn mặt trong của xilanh. Sau đó kéo từ từ pit-tơng lên tới vị trí sao cho khối khơng khí chứa trong xilanh có thể tích V2 đơn vị trên thước đo của giá đỡ xilanh. Vặn nhẹ vít hãm ở phía sau áp kế để giữ pit- tơng đúng ở vị trí này.

Do áp kế được nối thơng với khối khơng khí chứa trong xilanh qua một ống nhỏ nằm dọc theo trục pit-tơng, nên áp suất khơng khí trong xilanh bằng áp suất khí quyển p 1.10 Pa 5 và được đọc trực tiếp trên áp kế.

3.5 . Tiến hành thí nghiệm

1. Đặt nhiệt kế 0 100 C 0 sao cho bầu của nó nằm ngang với phần gần đầu dưới của xilanh, giam khối khơng thí có thể tích V = 2 đơn vị trong xilanh. Vặn nhẹ vít hãm ở sau giá đỡ áp kế để giữ cố định pit-tông tại vị trí này. Dùng núm cao su nút chặt đầu dưới của xilanh để đảm bảo điều kiện đẳng tích của khối khơng khí. Ghi nhiệt độ của khối khơng khí ở trạng thái ban đầu (lấy bằng nhiệt

độ phịng) và áp suất ban đầu của nó 5

0

p 1.10 Pa.

2. Nới lỏng vít hãm của giá đỡ thiết bị này và dịch chuyển dọc theo trục inoc Φ10 của đế ba chân để nhúng xilanh vào trong bình đun nước sao cho mức nước cao hơn vạch số “4” của thang đo thể tích trên giá đỡ.

3. Khi đun nước thì nhiệt độ tăng làm cho áp suất cũng tăng theo. Trong mỗi lần đo ta sẽ giữ khối khí trong xilanh có một giá trị khơng đổi khác nhau ứng với V 2,0;1,5;2,5 đơn vị. Tăng dần nhiệt độ t của nước trong bình, mỗi

lần tăng thêm 0

15 20 C . Chờ tới khi nhiệt độ cân bằng. Đọc và ghi các giá trị

của áp suất p và nhiệt độ t tương ứng của khối khơng khí trong xilanh đối với mỗi giá trị khơng đổi của thể tích V2,0;1,5;2,5vào bảng 1.

3.6. Kết quả thí nghiệm Bảng 1 T(K)273 t V p(x10 Pa) 5 pV T 300 2,0 1 666,67 320 2,5 0,85 666,95 340 1,5 1,5 666,26

1. Tính và ghi các kết quả vào các ơ cịn bỏ trống trong bảng 1. 2. So sánh giá trị của tỉ số pV

T trong mỗi lần đo đối với khơng khí giam trong xilanh (có thể lấy trạng thái ban đầu ứng với nhiệt độ phịng, áp suất khí quyển p0 1.10 Pa5 và thể tích V = 2 đơn vị làm chuẩn để so sánh). Trong phạm vi sai số của các phép đo, giá trị của tỉ số này thay đổi hay không thay đổi?

3. Dựa vào các kết quả thí nghiệm, phát biểu phương trình trạng thái của khí lí tưởng.

4. Quan sát các hiện tƣợng bề mặt của chất lỏng. Hiện tƣợng dính ƣớt và khơng dính ƣớt.

4.1. Mục đích thí nghiệm

Quan sát các hiện tượng bề mặt của chất lỏng: hiện tượng dính ướt, khơng dính ướt của chất lỏng, hiện tượng căng bề mặt chất lỏng và hiện tượng mao dẫn. 4.2. Dụng cụ thí nghiệm (hình 13) 1. Bản thủy tinh phẳng. 2. Bản nhôm phẳng, mặt dưới để trần và mặt trên dán nilông. 3. Bản nhựa phẳng. 4. Khung dây đồng, có cán và bên trong có buộc vịng dây chỉ.

5. Cốc nhựa đựng dung dịch xà phòng.

6. Ba ống mao dẫn, có đường kính khác nhau lắp chung trên giá đỡ.

7. Giá đỡ ống mao dẫn.

4.3. Tiến hành thí nghiệm

1. Quan sát hiện tượng dính ướt và hiện tượng khơng dính ướt chất lỏng a. Lau sạch bản thủy tinh. Nhỏ một giọt nước lên mặt bản thủy tinh. Quan sát thấy giọt nước chảy lan ra và bám dính vào mặt bản. Dốc nghiêng bản thủy

6 5 4 3 2 1 7 Hình 13

b. Làm thí nghiệm tương tự như trên nhưng đối với mặt bản nhựa phẳng, mặt bản nhôm phẳng để trần hoặc mặt bản nhơm phẳng có dán lớp nilông mỏng. Quan sát xem mặt bản nào bị nước dính ướt? mặt bản nào khơng bị nước dính ướt?

Chú ý: Mặt bản nào khơng dính ướt nước thì giọt nước nhỏ xuống mặt của nó sẽ vo trịn lại và bị dẹt xuống (do tác dụng của trọng lực), khi dốc nghiêng mặt bản thì giọt nước sẽ lăn xuống phía dưới.

2. Quan sát hiện tượng căng bề mặt của chất lỏng

a. Pha xà phòng (nước gội đầu) vào nước sạch đựng trong cốc nhựa để có được dung dịch xà phòng.

b. Cầm cán nhựa của khung dây đồng nhúng ngập nó vào trong dung dịch xà phịng. Sau đó ngấc nhẹ khung dây đồng ra khỏi dung dịch xà phịng. Quan sát thấy tồn bộ mặt vịng dây đồng và vịng dây chỉ nằm trong nó đều bị phủ kín màng mỏng dung dịch xà phịng, khi đó vịng dây chỉ có dạng bất kì.

c. Dùng chiếc que chọc nhẹ vào màng xà phòng nằm trong vòng dây chỉ. Ngay sau khi màng xà phòng này bị thủng, vòng dây chỉ bị các lực căng của phần màng xà phòng còn đọng lại trên khung dây đồng kéo nó căng đều về mọi phía, tạo thành một vịng trịn. Vì hình trịn có diện tích lớn nhất trong số các hình có cùng chu vi, nên suy ra phần màng xà phòng còn đọng lại trên mặt khung dây đồng có diện tích nhỏ nhất.

3. Quan sát hiện tượng mao dẫn (hình 14)

a. Dùng nước ấm pha chanh hoặc dấm và hút nó vào trong ba ống mao dẫn có đường kính trong khác nhau để rửa sạch thành bên trong của các ống này.

b. Cắm ba ống mao dẫn vào ba lỗ chứa đầy nước cất theo thứ tự đường kính trong giảm dần từ to đến nhỏ.

Quan sát xem mức nước trong ống nào cao

Độ cao của mức nước dâng lên trong ống liên quan đến đường kính trong của ống như thế nào?

Kết quả: Mực chất lỏng bên trong các ống có đường kính khác nhau sẽ khác nhau, ống có đường kính nhỏ ln dâng cao hơn hoặc hạ thấp hơn so với bề mặt chất lỏng ở bên ngồi ống, tùy thuộc vào thành ống bị dính ướt hay thành ống khơng bị dính ướt chất lỏng.