Tujuan
Menentukan tekanan bekalan gas menggunakan manometer turus cecair.
Pemboleh ubah
- Dimanipulasi: Tetapan bekalan gas (kadar aliran)
- Bergerak balas: Perbezaan tinggi turus cecair, h
- Dimalarkan: Tekanan atmosfera dan ketumpatan cecair manometer
Radas & bahan
- Manometer tiub-U berisi air
- Tiub getah
- Paip bekalan gas
- Pembaris
- Barometer (untuk tekanan atmosfera)
Prosedur
- Isikan tiub-U separuh dengan air; dengan kedua-dua lengan terbuka, semak kedua-dua aras air adalah sama.
- Sambungkan satu lengan manometer ke bekalan gas dengan tiub getah.
- Hidupkan bekalan gas; aras air dalam lengan yang disambung turun manakala lengan satu lagi naik.
- Ukur perbezaan tinggi menegak h antara dua aras air dengan pembaris.
- Baca tekanan atmosfera daripada barometer.
- Ulang pada beberapa tetapan bekalan berbeza dan rekod h setiap kali.
Menjadualkan keputusan
Rekod perbezaan tinggi h dalam cm (atau m) bagi setiap tetapan, bersama ketumpatan cecair dan tekanan atmosfera yang dibaca daripada barometer.
Graf
Graf adalah pilihan. Jika beberapa tetapan digunakan, tekanan gas boleh dibandingkan dengan perbezaan tinggi h untuk menunjukkan h yang lebih besar bermakna tekanan gas yang lebih besar.
Analisis
Apabila gas menolak cecair ke bawah pada sisinya, tekanan gas P(gas) = P(atmosfera) + hρg. Tukar h kepada tekanan menggunakan hρg dan tambah tekanan atmosfera untuk mendapatkan tekanan gas.
Langkah berjaga-jaga
- Baca kedua-dua aras cecair pada aras mata untuk mengelakkan ralat paralaks.
- Pastikan tiub tiada kebocoran.
- Guna cecair manometer yang diketahui ketumpatannya.
Contoh keputusan dan maksudnya
Data contoh menggunakan manometer air, dengan tekanan atmosfera dibaca dari barometer sebagai 101 kPa dan ketumpatan air diambil 1000 kg m⁻³ (g = 9.81 m s⁻²):
- Tetapan 1: beza tinggi h = 12.0 cm
- Tetapan 2: h = 20.0 cm
- Tetapan 3: h = 28.0 cm
Lengan yang disambung turun dan lengan terbuka naik, jadi tekanan gas lebih tinggi daripada atmosfera. Tetapan aliran yang lebih besar memberi beza tinggi h yang lebih besar, bermaksud tekanan gas yang lebih besar.
Kira satu nilai: bagi tetapan 2, tekanan turus ialah hρg = 0.200 m × 1000 kg m⁻³ × 9.81 m s⁻² = 1962 Pa ≈ 1.96 kPa, jadi tekanan gas ialah P(gas) = P(atm) + hρg = 101 kPa + 1.96 kPa = 103 kPa. Beza tinggi itu sendiri hanyalah lebihan tekanan gas berbanding tekanan atmosfera.
Membaca graf dan mencari jawapan
Graf tidak wajib di sini, tetapi memplot tekanan gas P(gas) (paksi-y) melawan beza tinggi h dalam meter (paksi-x) amat berguna: ia memberi garis lurus yang tidak melalui asalan.
Pintasan-y ialah tekanan atmosfera, kerana apabila h = 0 kedua-dua aras sama dan P(gas) = P(atm). Kecerunan ialah ρg.
Menggunakan segi tiga besar:
kecerunan = ΔP ÷ Δh = ρg = 1000 kg m⁻³ × 9.81 m s⁻² = 9810 Pa m⁻¹
Jadi setiap tambahan 1 m beza tinggi sepadan dengan 9810 Pa (kira-kira 9.81 kPa) tekanan gas tambahan. Namun bacaan paling penting ialah bacaan terus: ukur h, tukarkannya kepada tekanan dengan hρg, dan tambah tekanan atmosfera.
Markah yang diperhati pemeriksa
Untuk markah amali: pastikan kedua-dua aras air sama apabila kedua-dua lengan terbuka (tiada ralat sifar), baca kedua-dua aras pada aras mata untuk mengelakkan ralat paralaks, pastikan tiub tiada kebocoran, dan gunakan cecair manometer berketumpatan diketahui.
Untuk markah kemahiran proses sains Kertas 3, nyatakan dengan jelas bahawa pemboleh ubah dimanipulasi ialah tetapan bekalan gas, pemboleh ubah bergerak balas ialah beza tinggi h, dan pemboleh ubah dimalarkan ialah tekanan atmosfera dan ketumpatan cecair manometer. Rekod h dengan unit dan tunjukkan penukaran hρg sepenuhnya, mengekalkan unit SI supaya jawapan dalam pascal.
Ralat biasa ialah menyebut beza tinggi sebagai tekanan gas; tekanan gas yang betul ialah tekanan atmosfera campur hρg. Nyatakan tekanan gas akhir dengan unit, contohnya 103 kPa, dan sebut bahawa lengan yang disambung lebih rendah mengesahkan tekanan gas melebihi atmosfera.
Sumber: DSKP KSSM Physics Form 4 and 5 (Versi English) (Bahagian Pembangunan Kurikulum (BPK), KPM)