Eksperimen: Tekanan dan isipadu gas berjisim tetap pada suhu malar (Hukum Boyle)

Tujuan

Menyiasat hubungan antara tekanan dan isipadu gas berjisim tetap yang dikekalkan pada suhu malar.

Pemboleh ubah

• Dimanipulasi: Tekanan gas terperangkap, P
• Bergerak balas: Isipadu gas terperangkap, V
• Dimalarkan: Suhu dan jisim gas terperangkap

Radas & bahan

• Radas hukum Boyle (tiub kaca dengan turus udara terperangkap, takungan minyak dan tolok tekanan Bourdon)
• Pam kaki
• Skala pembaris pada tiub

Prosedur

1. Sediakan radas hukum Boyle supaya turus udara terperangkap jelas terhadap skala dan tolok menunjukkan tekanan.
2. Rekod tekanan awal P dan isipadu V (dibaca sebagai panjang turus udara).
3. Gunakan pam kaki untuk menaikkan tekanan sedikit, kemudian tunggu bacaan stabil supaya suhu malar.
4. Rekod tekanan baharu dan isipadu yang sepadan.
5. Ulang untuk mendapatkan lima atau enam pasang bacaan dalam julat tekanan.
6. Rekod P, V dan kira 1/V serta hasil darab PV bagi setiap pasangan.

Menjadualkan keputusan

Rekod tekanan P (contohnya dalam kPa), isipadu V (dalam cm³ atau panjang turus), nilai terbitan 1/V, dan hasil darab PV. Lajur PV yang hampir malar menyokong hukum ini.

Graf

Plot P (paksi-y) melawan 1/V (paksi-x). Garis lurus melalui asalan menunjukkan P berkadar songsang dengan V.

Analisis

Oleh sebab P berkadar songsang dengan V pada suhu malar, PV = pemalar. Graf garis lurus P melawan 1/V mengesahkan hukum Boyle.

Haba · Kemahiran graf

Bacaan contoh dan maksudnya

Ini ialah bacaan contoh, bukan skema pemarkahan. Bagi turus udara terperangkap, apabila tekanan P dinaikkan kepada 100, 150, 200, 250 dan 300 kPa, isipadu (dibaca sebagai panjang turus) turun daripada kira-kira 40.0 cm kepada 13.3 cm.

Corak yang jelas ialah apabila P naik, V turun, tetapi tidak dengan jumlah yang sama setiap langkah. Menggandakan P daripada 100 kPa kepada 200 kPa menjadikan V separuh, daripada 40.0 cm kepada 20.0 cm; menggandatigakan P kepada 300 kPa memotong V kepada satu pertiga, kira-kira 13.3 cm.

Itulah tanda kadar songsang. Mengira PV bagi setiap pasangan memberi kira-kira 4000, 4005, 4000, 4000 dan 3990 kPa·cm, hampir malar, iaitu pernyataan berangka hukum Boyle.

Ubah tekanan perlahan-lahan dan berhenti sebentar antara bacaan, supaya sebarang haba daripada mampatan terlepas dan suhu kekal malar.

Membaca graf dan mencari jawapan

Graf P–V ialah lengkung yang sukar diuji dengan mata, jadi plot P / kPa pada paksi-y melawan 1/V / cm⁻¹ pada paksi-x sebaliknya. Ini meluruskan hubungan: garis lurus melalui asalan mengesahkan P berkadar songsang dengan V.

Ambil kecerunan daripada segi tiga besar pada garis penyuaian terbaik. Menggunakan (0.0250 cm⁻¹, 100 kPa) dan (0.0752 cm⁻¹, 300 kPa): kecerunan = (300 − 100) kPa ÷ (0.0752 − 0.0250) cm⁻¹ = 200 kPa ÷ 0.0502 cm⁻¹ = 3984 kPa·cm.

Kecerunan bersamaan pemalar PV, sepadan dengan lajur PV yang hampir malar dalam jadual. Garis yang melengkung daripada penyuaian lurus, atau tersasar daripada asalan, biasanya bermaksud suhu menyimpang atau terdapat kebocoran gas kecil.

Markah yang dicari pemeriksa

Nyatakan pemboleh ubah: dimanipulasikan P / kPa, bergerak balas V (panjang turus dalam cm), dengan suhu dan jisim gas terperangkap dikekalkan malar. Mengekalkan suhu malar ialah inti ujian adil eksperimen ini, jadi 'tunggu antara bacaan' ialah langkah berjaga-jaga yang berbaloi markah, bukan ayat sampingan.

Jadualkan P / kPa, V / cm, terbitan 1/V / cm⁻¹ dan hasil darab PV / kPa·cm, dengan unit dalam tajuk dan tempat perpuluhan yang konsisten; lajur PV yang kekal hampir malar ialah bukti sokongan yang kuat. Baca panjang turus udara pada aras mata untuk mengelakkan paralaks, dan semak kebocoran sebelum bermula.

Pada graf, lukis satu garis lurus penyuaian terbaik dan komen bahawa laluannya melalui asalan menunjukkan kadar songsang. Kesimpulan yang menyatakan PV = pemalar pada suhu malar, disokong oleh garis lurus dan lajur PV yang tetap, mengamankan markah analisis.

Sumber: DSKP KSSM Physics Form 4 and 5 (Versi English) (Bahagian Pembangunan Kurikulum (BPK), KPM)