27. Обновлённая 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, аналоговый секундомер, электронный блок управления.
27. Updated 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, analog stopwatch, electronic control unit.
Теоретическая основа: Постоянная Больцмана ( k ) связывает термодинамические параметры системы с её микроскопическими свойствами. В рамках данной работы мы будем использовать уравнение состояния идеального газа и закон Дальтона о парциальных давлениях. Парциальное давление паров летучей жидкости можно выразить через температуру и постоянную Больцмана следующим образом:
P = n k T / V
где:
• P — парциальное давление,
• n — количество молей вещества,
• k — постоянная Больцмана,
• T — температура в Кельвинах,
• V — объём сосуда.
Процедура эксперимента:
1. Подготовка оборудования:
• Соберите все необходимые приборы и принадлежности.
• Убедитесь, что сосуд чист и готов к эксперименту.
2. Выбор жидкости: • Выберите одну из легкоиспаряемых жидкостей для эксперимента (например, ацетон или этанол).
3. Измерение температуры:
• Поместите термометр в сосуд и дайте системе достичь равновесной температуры.
• Запишите значение температуры ( T ).
4. Создание паров:
• Наполните сосуд выбранной жидкостью до определённого уровня.
• Закройте сосуд и дайте жидкости испариться, чтобы достичь равновесия между парами и жидкостью.
5. Измерение давления:
• Используя манометр, измерьте парциальное давление паров жидкости ( P ).
• Запишите полученное значение давления.
6. Определение количества молей:
• Определите массу жидкости, которая находится в сосуде, и воспользуйтесь её молярной массой для расчёта количества молей ( n ):
n = m / M
где:
• m — масса жидкости,
• M — молярная масса жидкости.
7. Расчёт постоянной Больцмана: • Используя собранные данные о давлении, температуре и количестве молей, подставьте значения в уравнение состояния идеального газа для определения постоянной Больцмана:
k = P V / n T
8. Повторение измерений: • Повторите эксперимент с различными легкоиспаряемыми жидкостями для получения дополнительных данных.
Анализ данных:
• Сравните полученные значения постоянной Больцмана с известным значением ( k ≈ 1.38 × 10⁻²³ Дж/К ).
• Обсудите возможные источники ошибок и отклонения от теоретических значений.
Заключение: В конце работы подведите итоги, обсудите результаты и их соответствие теоретическим ожиданиям. Также рассмотрите влияние различных факторов на результаты эксперимента, таких как температура, давление и свойства используемых жидкостей.
Дополнительные вопросы:
1. Как изменение температуры влияет на парциальное давление паров летучей жидкости?
2. Как можно использовать полученные данные в других областях физики или химии?
Эта лабораторная работа поможет вам глубже понять термодинамические концепции и свойства идеальных газов, а также их связь с микроскопическими характеристиками материи.