Torricelli kísérlete vízzel, hagyományos módon - Demonstrációs kísérlet

Hasonló dokumentumok
A TORRICELLI-KÍSÉRLET

2. Rugalmas állandók mérése jegyzőkönyv javított. Zsigmond Anna Fizika Bsc II. Mérés dátuma: Leadás dátuma:

Modern Fizika Labor. 2. Elemi töltés meghatározása

Rugalmas állandók mérése

1. előadás. Gáztörvények. Fizika Biofizika I. 2015/2016. Kapcsolódó irodalom:

Folyadékok és gázok áramlása

A mágneses szuszceptibilitás vizsgálata

TestLine - Fizika 7. évfolyam folyadékok, gázok nyomása Minta feladatsor

TestLine - Fizika 7. évfolyam folyadékok, gázok nyomása Minta feladatsor

(2006. október) Megoldás:

3. Az alábbi adatsor egy rugó hosszát ábrázolja a rá ható húzóerő függvényében:

Mikroszkóp vizsgálata Folyadék törésmutatójának mérése

A mérési eredmény megadása

Rugalmas állandók mérése

ÁLTALÁNOS METEOROLÓGIA 2. METEOROLÓGIAI MÉRSÉSEK MÉRÉSEK ÉS ÉS MEGFIGYELÉSEK


Rugalmas állandók mérése (2-es számú mérés) mérési jegyzõkönyv

METEOROLÓGIAI MÉRÉSEK és MEGFIGYELÉSEK

Fogalma. bar - ban is kifejezhetjük (1 bar = 10 5 Pa 1 atm.). A barométereket millibar (mb) beosztású skálával kell ellátni.

Mágneses szuszceptibilitás mérése

Hidrosztatika, Hidrodinamika

Matematikai geodéziai számítások 6.

A mérés célkitűzései: A matematikai inga lengésidejének kísérleti vizsgálata, a nehézségi gyorsulás meghatározása.

Szakmai fizika Gázos feladatok

Peltier-elemek vizsgálata

3. Mérőeszközök és segédberendezések

Matematikai geodéziai számítások 6.

Nagy számok törvényei Statisztikai mintavétel Várható érték becslése. Dr. Berta Miklós Fizika és Kémia Tanszék Széchenyi István Egyetem

Függvények Megoldások

Folyadékok és gázok áramlása

MUNKAANYAG. Szabó László. Hogyan kell U csöves manométerrel nyomást mérni? A követelménymodul megnevezése: Fluidumszállítás

Mérési hibák

NYOMÁS ÉS NYOMÁSKÜLÖNBSÉG MÉRÉS. Mérési feladatok

A nyomás. IV. fejezet Összefoglalás

Gázok. 5-7 Kinetikus gázelmélet 5-8 Reális gázok (limitációk) Fókusz Légzsák (Air-Bag Systems) kémiája

A hidrosztatika alapegyenlete vektoriális alakban: p = ρg (1.0.1) ρgds (1.0.2)

4. A mérések pontosságának megítélése

2. mérés Áramlási veszteségek mérése

TÉRFOGATÁRAM MÉRÉSE. Mérési feladatok

FIZIKA II. 2. ZÁRTHELYI DOLGOZAT A MŰSZAKI INFORMATIKA SZAK

Jegyzőkönyv. mágneses szuszceptibilitás méréséről (7)

Méréselmélet és mérőrendszerek 2. ELŐADÁS (1. RÉSZ)

3. Gyakorlat Áramlástani feladatok és megoldásuk

A kálium-permanganát és az oxálsav közötti reakció vizsgálata 9a. mérés B4.9

9. Laboratóriumi gyakorlat NYOMÁSÉRZÉKELŐK

Nyomás. Az az erő, amelyikkel az egyik test, tárgy nyomja a másikat, nyomóerőnek nevezzük. Jele: F ny

MATEMATIKA ÉRETTSÉGI TÍPUSFELADATOK MEGOLDÁSAI KÖZÉPSZINT Függvények

Fázisátalakulások vizsgálata

2. Rugalmas állandók mérése

Modern Fizika Labor. 2. Az elemi töltés meghatározása. Fizika BSc. A mérés dátuma: nov. 29. A mérés száma és címe: Értékelés:

Nehézségi gyorsulás mérése megfordítható ingával

Modern Fizika Labor. Fizika BSc. Értékelés: A mérés dátuma: A mérés száma és címe: 12. mérés: Infravörös spektroszkópia május 6.

Hangfrekvenciás mechanikai rezgések vizsgálata

Feladatok megoldásokkal a 9. gyakorlathoz (Newton-Leibniz formula, közelítő integrálás, az integrálszámítás alkalmazásai 1.

Ellenállásmérés Ohm törvénye alapján

Modern Fizika Labor. A mérés száma és címe: A mérés dátuma: Értékelés: Infravörös spektroszkópia. A beadás dátuma: A mérést végezte:

Feladatok megoldásokkal az első gyakorlathoz (differencia- és differenciálhányados fogalma, geometriai és fizikai jelentése) (x 1)(x + 1) x 1

Az egyszerűsítés utáni alak:

1. Feladatok a termodinamika tárgyköréből

Sorozatok I. Brósch Zoltán (Debreceni Egyetem Kossuth Lajos Gyakorló Gimnáziuma)

TABLETTÁK ÉS KAPSZULÁK SZÉTESÉSE

Folyadékok és gázok mechanikája

Németh László Matematikaverseny április 16. A osztályosok feladatainak javítókulcsa

MATEMATIKA ÉRETTSÉGI TÍPUSFELADATOK MEGOLDÁSAI KÖZÉP SZINT Függvények

(III) Hangfrekvenciás mechanikai rezgések vizsgálata (Ablakhoz közeli mérőhely)

3. Termoelektromos hűtőelemek vizsgálata jegyzőkönyv. Zsigmond Anna Fizika Bsc II. Mérés dátuma: Leadás dátuma:

Hőtan ( első rész ) Hőmérséklet, szilárd tárgyak és folyadékok hőtágulása, gázok állapotjelzői

Modern Fizika Labor. Fizika BSc. Értékelés: A mérés dátuma: A mérés száma és címe: 5. mérés: Elektronspin rezonancia március 18.

2009/2010. tanév Országos Középiskolai Tanulmányi Verseny döntő forduló. FIZIKA II. kategória. Héron kútja

Geometriai valo szí nű se g

Mikroszkóp vizsgálata Lencse görbületi sugarának mérése Folyadék törésmutatójának mérése

METEOROLÓGIAI MÉRÉSEK és MEGFIGYELÉSEK

Gázok. 5-7 Kinetikus gázelmélet 5-8 Reális gázok (korlátok) Fókusz: a légzsák (Air-Bag Systems) kémiája

7. Mágneses szuszceptibilitás mérése jegyzőkönyv. Zsigmond Anna Fizika Bsc II. Mérés dátuma: Leadás dátuma:

2. Hangfrekvenciás mechanikai rezgések vizsgálata jegyzőkönyv. Zsigmond Anna Fizika Bsc II. Mérés dátuma: Leadás dátuma:

MATEMATIKA ÉRETTSÉGI TÍPUSFELADATOK MEGOLDÁSAI KÖZÉPSZINT Függvények

Halmazállapot-változások vizsgálata ( )

1. Gauss-eloszlás, természetes szórás

MATEMATIKA ÉRETTSÉGI TÍPUSFELADATOK MEGOLDÁSAI KÖZÉPSZINT Abszolútértékes és gyökös kifejezések

Közgazdaságtan I. Számolási feladat-típusok a számonkérésekre 1. hét. 2018/2019/I. Kupcsik Réka

FIZIKA I. Ez egy gázos előadás lesz! (Ideális gázok hőtana) Dr. Seres István

Mikroszkóp vizsgálata és folyadék törésmutatójának mérése (8-as számú mérés) mérési jegyzõkönyv

A középszintű fizika érettségi kísérleteinek képei 2017.

FIZIKA KÖZÉPSZINTŰ ÍRÁSBELI VIZSGA JAVÍTÁSI-ÉRTÉKELÉSI ÚTMUTATÓ

7. Mágneses szuszceptibilitás mérése

Hőmérsékleti sugárzás

Méréstechnika. Hőmérséklet mérése

} számtani sorozat első tagja és differenciája is 4. Adja meg a sorozat 26. tagját! A = { } 1 pont. B = { } 1 pont. x =

HIDROSZTATIKA, HIDRODINAMIKA

28. Nagy László Fizikaverseny Szalézi Szent Ferenc Gimnázium, Kazincbarcika február 28. március osztály

FIZIKA. Ma igazán belemelegszünk! (hőtan) Dr. Seres István

Fázisátalakulások vizsgálata

A 2016/2017. tanévi Országos Középiskolai Tanulmányi Verseny második forduló FIZIKA I. KATEGÓRIA. Javítási-értékelési útmutató

Vektorgeometria (2) First Prev Next Last Go Back Full Screen Close Quit

Méréselmélet és mérőrendszerek

FEGYVERNEKI SÁNDOR, Valószínűség-sZÁMÍTÁs És MATEMATIKAI

Biometria az orvosi gyakorlatban. Korrelációszámítás, regresszió

A mérések általános és alapvető metrológiai fogalmai és definíciói. Mérések, mérési eredmények, mérési bizonytalanság. mérés. mérési elv

U = 24 V I = 4,8 A. Mind a két mellékágban az ellenállás külön-külön 6 Ω, ezért az áramerősség mindkét mellékágban egyenlő, azaz :...

Rugalmas állandók mérése

Átírás:

Torricelli kísérlete vízzel, hagyományos módon - Demonstrációs kísérlet Kísérleti eszközök: Műanyag cső ( m), üvegcső, dugó, sárga, mérőszalag, festett víz, bor Kísérlet menete: A kísérlethez egy m hosszú, 8 mm belső átmérőjű, mm falvastagságú átlátszó műanyag csövet használunk A cső egyik végére egy üvegcsövet erősítünk Ennek csak annyi szeree van, hogy így könnyebb a cső végét gumidugóval lezárni A cső másik végét egy illealackban rögzítjük, amiben káliumer-manganáttal festett ioncserélt víz van Az elrendezést szivornyaként működtetve könnyen elérhető, hogy a csövet a folyadék buborékmentesen töltse ki Az üvegcső végét bedugaszoljuk Ezután sárgát kötöttünk rá, amivel függőleges helyzetbe tudjuk hozni Lassan emelve a csövet kb 7 méteres magasságnál észrevehető, hogy a víz forrásba jön (6 ké) ábra Kb 0 méter magasra kell felhúzni a cső végét Ekkor ár ercet várunk, hogy a forrás csillaodjon Ezután lemérjük a folyadékoszlo magasságát Természetesen most a víz felett nem vákuum van, hanem a víz telített gőze és a vízből kiforrt oldott gázok Diáklaboratórium című, TÁMOP -/-0-007 számú rojekt keretében készült oldal

A telített gőz nyomása táblázatból kinézhető, de az oldott gázok nyomását nem lehet tudni E tényező zavaró hatását úgy róbáljuk csökkenteni, hogy a folyadékfelszín alatt ár cm-rel elszorítottuk a csövet, majd emeltünk rajta Megint forrásba jön a víz, de már koránt sem olyan hevesen, mint az előbb Néhány erc elteltével a folyadékoszlo magassága leolvasható g h vízoszlo vízgőí vízgőí A kísérletet többször elvégeztük Magyarországon és Svájcban is, a hiba minden esetben 5-6 % körüli érték, és mindig kevesebbet mértünk a valódi értéknél Pascal-kísérlet Pascal boros kísérletét is elvégezhetjük Csövünket Csongrádi Kékfrankossal töltsük fel, egyébként mindent ugyanúgy végezzünk, mint a vizes kísérletben Megjegyzés: Mi Pascallal ellentétben azt az eredményt katuk, hogy a félédes vörösbor mélyebben állaodott meg (88 cm), mint a víz (98 cm) Talán a mi borunkban tényleg volt szellem? Ha csak a vörösbor sűrűségét vennénk figyelembe ami méréseink szerint 990 kg/m, akkor tényleg a bornak kellene magasabban állnia De a másik két tényezőt sem szabad figyelmen kívül hagyni: a bor telített gőzének és a belőle kiforrt gázoknak a nyomását Esetünkben ezek okozhatták azt, hogy alacsonyabb folyadékoszloot mértünk A sikeres mérést és az Államalaítást a kísérleti folyadék elfogyasztásával ünneeltük meg (8 ké) Torricelli kísérlete módosítva A fentiekből látszik, hogy a légnyomás meghatározásának legnagyobb bizonytalansága onnan ered, hogy nem tudjuk ontosan a folyadékoszlo fölött lévő gáz (vízgőz és a kiforrt gázok) nyomását Azonban van egy módszer arra, hogyan lehetne megmérni a folyadékoszlo fölött lévő gáz nyomását, és így még ontosabban meghatározni a légnyomást Nemcsak azt mérjük meg, hogy mekkora a vízoszlo magassága, hanem azt is, hogy mekkora a vízoszlo fölött lévő gáztér nagysága Ez utóbbit változtatni is tudjuk azzal, hogy a csövet valamivel magasabbra emeljük, vagy mélyebbre süllyesztjük ( ké) Ha ebben a térben vákuum lenne, akkor a vízoszlo magassága nem változna meg attól, hogy a vízoszlo fölött mekkora térfogat van A valóságban azonban változik, mégedig azért, mert a vízoszlo fölé valamennyi vízből kiforrt gáz és vízgőz került Adott hőmérsékleten az oda szorult anyag mennyiségét két érték, a térfogat és a nyomás meghatározza Diáklaboratórium című, TÁMOP -/-0-007 számú rojekt keretében készült oldal

A térfogatot ismerjük, a nyomást viszont nem (éen ez lesz az, amivel korrigálni kell majd a vízoszlo magasságát) Két méréssel, két különböző hosszúságú üres szakasszal, azonban a keresett gázmennyiség és ezzel annak nyomása is meghatározható Közben ersze feltesszük, hogy a két mérés között bekövetkező nagyon kis nyomásváltozás már nem befolyásolja lényegesen a vízből a gáztérbe kiléő anyag mennyiségét, azaz a víz fölött lévő gáz mennyisége állandó Két mérést végzünk Az első kísérletben a vízoszlo magasságát jelöljük h -el, a folyadék fölött lévő gáztér hosszát edig L -el A második kísérletben a hasonló mennyiségek h, ill L A gáztérben lévő gázt ideális gáznak feltételezve a gáz nyomására kajuk (mindkét kísérletre igaz a megfelelő indexekkel): L A N k T, (itt A a cső keresztmetszete) g Ebből átrendezve adódik: kt g L N C (konstans) () A A két kísérletben a nyomások egyenlősége: g h g atm g h g atm () Itt atm a külső levegő mérendő nyomása Helyettesítsük be most az () egyenletből a gáz két állaotbeli nyomását! C g h atm L () C g h atm L ábra Ezekben az egyenletekben két ismeretlen van, C, és atm A fölső egyenletet L -el, az alsót L -vel megszorozva, és a két egyenletet egymásból kivonva C kiejthető, és kajuk: h L h L L g atm L, amiből végül atm h L h L L L g adódik (4) Megjegyzés: A mérést Csongrádon, a gimnázium aulájában végeztük el diákok segítségével ( ké) Diáklaboratórium című, TÁMOP -/-0-007 számú rojekt keretében készült oldal

ábra A már leírt módon megtöltöttük a csövet festett vízzel Ezután a mérőszalagot a cső végéhez erősítettük, így húztuk fel a csövet kb 9 méter magasra Megvártuk, hogy a forrás lecsendesedjen, közben a cső falát folyamatosan ütögettük, hogy a rajta lévő buborékok leváljanak Ezután lemértük a folyadékoszlo és a gáztér hosszát Feljebb húztuk a csövet, és gyorsan megint leolvastuk az adatokat Az eljárást még egyszer megismételtük A méréseink eredményeit a következő táblázat tartalmazza: h (m) L (m) /L (m) mérés 8,66 0,7,70 mérés 9,07 0,4,50 mérés 9,48 0,75, táblázat A (4) kéletbe beírva az első két mérés eredményeit, a légnyomásra kajuk: kg m 8,66m 0,7m 9,07m 0,4m atm 000 9,8 970, 9Pa m s 0,7m 0,4m Ha a (4) kéletbe az táblázat utolsó két sorának eredményeit írjuk: kg m 9,07m 0,4m 9,48m 0,75m atm 000 9,8 97595, 49Pa m s 0,4m 0,75m Diáklaboratórium című, TÁMOP -/-0-007 számú rojekt keretében készült 4 oldal

/L (m) Torricelli kísérlet Vegyük e két nyomásérték átlagát: atm atm 9746,89Pa Ezeket az eredményeket az éület tetején lévő meteorológiai állomás barométerének (meteobjghu) adataival vetettük össze A mérés közben a légnyomás 00,hPa volt Mivel három mérési ontunk van, így azt is ellenőrizhetjük, hogy a különböző mérések között a gáztérben lévő anyag mennyisége nagyjából állandó Ha ez a feltevés igaz, akkor C valóban konstans, és akkor () összefüggésből kajuk: y L atm C g C h b a h, (5) azaz /L a h-nak lineáris függvénye Az táblázat értékeit ábrázolva: Víz 6 5 4 /L= -,8907h + 8,7 0 8 8,5 9 9,5 0 h (m) grafikon A három mérési ontra illeszkedő egyenes egyenlete: y,89h 8, 7, (6) L Diáklaboratórium című, TÁMOP -/-0-007 számú rojekt keretében készült 5 oldal

Az illesztést súlyozott legkisebb négyzetek módszerével végeztük A leolvasási hibát 0,5 cm-nek becsültük valamennyi mérési ontnál, a súlyokat ebből számítottuk A korrelációs együtthatót és az illesztett araméterek szórását is meghatároztuk A lineáris korreláció értéke: r = 0,9999 Valóban igaz az jó közelítéssel, hogy a gáztérben lévő anyag mennyisége állandó, azaz C konstans Ugyanis a három ont r =,0-nél feküdne ontosan egy egyenesen A grafikon segítségével meghatározhatjuk a légnyomást ( atm ) is Azt kell megnézni, hogy milyen h 0 érték mellett lesz y = 0 Ugyanis, ha y = 0, akkor az (5) egyenletből: atm g h0, azaz C C egyszerűsítés után: atm g h0 Utána gondolva ez szinte természetes, hiszen y = 0 annak felelne meg, hogy a folyadékoszlo fölött végtelen nagy térrész van, abban edig a maradék gáz nyomása nyilván csak 0 lehet A (6) egyenletből, y = 0 helyettesítéssel kajuk: h 0 = 9,94 m, és ezzel a külső légnyomás: kg m atm 000 9,8 9,94m 975Pa m s A légnyomás hibája h 0 szórásából ( h ) adódik Az (5) egyenletből 0 b a b b a a b a b h0, ezért a A mért értékek alaján: a = 0,06, b = 0,55 így 0,55 Így a légnyomás meghatározásának hibája: h 0 atm kg m 000 9,8 0,55 m 547 Pa m s A mért légnyomás tehát: atm = 975 ± 547 Pa Ez kb 5,6 %-os hiba Ez nagyon jó egyezésben van a hivatalosan mért 00, hpa értékkel (különösen, ha tekintetbe vesszük, hogy a hivatalos műszernek is van hibája) A jó eredményen felbuzdulva másna vörösborral - ismét Csongrádi Kékfrankossal - megismételtük a kísérletet Eredményeinket a következő táblázat tartalmazza: Diáklaboratórium című, TÁMOP -/-0-007 számú rojekt keretében készült 6 oldal

h (m) L (m) /L (m) mérés 8,95 0,45, mérés 9,8 0,7,9 mérés 9,59, 0,9 táblázat A (4) kéletbe beírva az első két mérés eredményeit, a légnyomásra kajuk: kg m 8,95m 0,45m 9,8m 0,7m atm 990 9,8 98057, 8Pa m s 0,45m 0,7m Ha a (4) kéletbe a és mérés eredményeit írjuk: kg m 9,8m 0,7m 9,59m, m atm 4 990 9,8 9700, 4Pa m s 0,7m, m Két mérésünk átlaga: atm atm4 9759,6Pa A méréskor a barométer 008 hpa-t mutatott A fenti gondolatmenetet vörösborra is megismételhetjük A táblázat értékeit ábrázolva: Diáklaboratórium című, TÁMOP -/-0-007 számú rojekt keretében készült 7 oldal

/L (m) Torricelli kísérlet Vörösbor,5,5 /L = -,049h + 0,445,5 0,5 0 8,5 9 9,5 0 0,5 h (m) grafikon A három mérési ontra illeszkedő egyenes egyenlete: y,0h 0, 45 L A lineáris korreláció: r = 0,9986 még itt is nagyon jó Most h 0 = 0,047m, ebből a légnyomás: kg m atm 990 9,8 0,047m 97575Pa m s A légnyomás hibája itt is h 0 szórásából adódik Most a = 0,0 és b =0,0 így légnyomás meghatározásának hibája: h 0 0,04 Így a atm kg m 990 9,8 0,04 m 959 Pa m s A mért légnyomás tehát: atm = 97575 ± 959 Pa Ez kb %-os hiba Itt a kissé kisebb hiba abból adódik, hogy itt nagyobb különbség volt az első és a harmadik mérés között (L L = 0,65 m, az előző mérésnél edig L L = 0,48 m) Ezért az egyenes adatai annak ellenére ontosabbak, hogy a három ont kevésbé esik egy egyenesre, mint a víz esetében (a korrelációs együttható valamivel kisebb) A hivatalosan mért 008 hpa ismét jól összefér az általunk meghatározott értékkel Források, irodalom: Diáklaboratórium című, TÁMOP -/-0-007 számú rojekt keretében készült 8 oldal

htt://enwikiediaorg/wiki/gasaro_berti htt://wwwkfkihu/~cheminfo/hun/olvaso/histchem/simonyi/vakuumhtml, és Simonyi Károly: A fizika kultúrtörténete htt://wwwstrange-looscom/scibarometerhtml 4 htt://wwwbertbollecom/ 5 Bert Bolle barométere: htt://wwwyoutubecom/watch?v=5j_r-sbsnyk Torricelli kísérlet Diáklaboratórium című, TÁMOP -/-0-007 számú rojekt keretében készült 9 oldal