如何证明查尔斯定律(demonstrate charles's law)

查尔斯定律指出,假设存在的气体的压力和数量保持不变,理想气体的体积与该气体的温度成比例变化。查尔斯定律的方程式可以表示为V1/T1=V2/T2。换句话说,如果气球充满空气,它会在冷却时收缩,在加热时膨胀。这是因为气球内部的空气是一种气体,在冷却时体积较小,在加热时体积较大。...

方法1方法1/3:用充气气球演示查尔斯定律

  1. 1向烧杯或其他容器中加入沸水。你也应该留出空间把气球放进容器里。向1000毫升(1升)烧杯中加入约100毫升水在大多数情况下都有效。避免将水溅到自己或任何人身上,以免受伤。
  2. Image titled Demonstrate Charles's Law Step 1
  3. 2给气球充气。用嘴吹气球,或者用泵把气球灌满。不要把气球灌得太满——你要给里面的气体留出膨胀的空间。最好用派对气球而不是水气球。这降低了气球爆炸的可能性。如果你打算把气球放进容器里,不要把它吹得太大,以致于放不进开口。
  4. Image titled Demonstrate Charles's Law Step 2
  5. 3在气球最宽的部分绕一根绳子。通过在气球周围缠绕一根绳子,你可以准确地测量出气球一开始有多大。在气球最宽的地方标记或剪断绳子。从气球上取下绳子,用直尺测量。这个尺寸是气球的原始周长。当气球内部的空气加热时,你会想将其与气球的大小进行比较。
  6. Image titled Demonstrate Charles's Law Step 3
  7. 4.将气球放在容器中,但不要放在水中。这将使水的热量转移到气球内的空气中。如果气球无法放入容器内,另一种选择是将其放在容器顶部。热传递的效率可能会稍低一些,但对气球仍有相同的影响。
  8. Image titled Demonstrate Charles's Law Step 4
  9. 5.看着气球变大。温度的升高将迫使空气增加体积,从而使气球膨胀。看起来气球在容器内成长或膨胀。加热时,用另一根绳子测量气球的周长。现在,你可以将其与原始圆周进行比较。不要让气球膨胀太大,因为这可能会导致气球爆裂。
  10. Image titled Demonstrate Charles's Law Step 5
  11. 6.把气球移到冰箱里。现在您已经添加了热量以使气球膨胀,移除热量将使气球放气。要观察这一点,您需要将气球从热源(沸水容器)移入寒冷环境。在将气球放入冰箱之前,确保气球完全干燥。在取出气球之前,你应该把它放在冰箱里至少几个小时。
  12. Image titled Demonstrate Charles's Law Step 6
  13. 7观察气球的大小。当你从冰箱中取出气球时,立即用第三根绳子测量周长。通过这种方式,你可以将其与前两个测量值进行比较。它不仅应该比在温暖的容器中小,而且应该比第一次充气时更小。这是因为你从气球内的气体中排出热量,这迫使气体(进而气球)体积减小。
  14. Image titled Demonstrate Charles's Law Step 7

方法2方法2/3:通过膨胀和收缩气球来演示查尔斯定律

  1. 1向锥形烧瓶中加入少量水。你不需要把瓶子装满。你加的水越少,煮得越快。但是,一定要加足够的水,这样你就不会太快把水烧开。大约75毫升就可以了。
  2. Image titled Demonstrate Charles's Law Step 8
  3. 2.将烧瓶放在热盘子或燃烧器上。这将作为水的热源。一定要把水加热到沸点。这将迫使空气从烧瓶顶部膨胀,并产生水蒸气填充气球。
  4. Image titled Demonstrate Charles's Law Step 9
  5. 3将气球的开口端放在烧瓶的开口上。记住烧瓶正在加热。当你把气球固定在烧瓶的开口上时,你应该戴上手套以避免烫伤你的手。确保气球在烧瓶颈部的距离足够远,不会轻易弹出。在加热水之前,将气球放在烧瓶上可能更容易、更安全。
  6. Image titled Demonstrate Charles's Law Step 10
  7. 4观察气球的膨胀情况。将气球固定在烧瓶顶部将形成密封,只允许空气膨胀到气球中。空气膨胀到气球中会导致气球本身膨胀。不要让气球变得太大而爆裂。
  8. Image titled Demonstrate Charles's Law Step 11
  9. 5将烧瓶移到冰浴中。准备冰浴时,只需将水和冰放入容器中。这是一种非常简单快速的冷却烧瓶内容物的方法。使用手套将烧瓶从热源转移到冰浴中。
  10. Image titled Demonstrate Charles's Law Step 12
  11. 6观察气球上的吸力。烧瓶和气球内气体的快速冷却将导致气体体积减小。随着体积的减小,气球的体积也会减小,导致气球收缩。随着气体进一步冷却和收缩,气体体积收缩得如此之大,以至于烧瓶外的压力将气球完全推到烧瓶内。
  12. Image titled Demonstrate Charles's Law Step 13

方法3方法3/3:用数学方法证明查尔斯定律

  1. 1考虑理想气体性质之间的关系。雅克·查尔斯(Jacques Charles)和后来的约瑟夫·盖伊·卢萨克(Joseph Gay Lussac)证明,当气体的压力和质量保持不变时,气体的温度与体积直接相关。这意味着,对于给定的气体,气体的体积除以气体的温度,每个体积-温度组合将产生相同的数值。
  2. Image titled Demonstrate Charles's Law Step 14
  3. 2确保你的单位是正确的。体积应以升为单位。温度应以开尔文为单位测量。如果您的值采用不同的单位,则在继续之前,应使用维度分析将其转换为正确的单位。否则,您的计算将不正确。
  4. Image titled Demonstrate Charles's Law Step 15
  5. 3.用k来构造你的方程。气体的初始体积(V1)除以该气体的初始温度(T1)等于某个常数k。如果该气体的体积或温度发生变化,这两个值都将发生变化,使得新体积(V2)除以新温度(T2)也将等于相同的常数k。因为V1/T1=k,V2/T2=k,V1/T1=V2/T2。
  6. Image titled Demonstrate Charles's Law Step 16
  7. 4解未知变量的方程。当给你一个要解决的问题时,你会得到一些测量结果,并要求你计算方程中缺失的一部分。扫描问题中所有给定的值,并将它们放在方程的适当部分。一旦你得到了方程中的所有已知值,只需重新排列方程,使未知值是唯一的,然后进行算术运算。你会用查尔斯定律来解决你的问题。
  8. Image titled Demonstrate Charles's Law Step 17
  • 试着在热水中加热一个冷气球,看看它是否膨胀。
  • 用派对气球代替水气球。水气球更容易破裂。
  • 请注意,当使用“通过膨胀和收缩气球来证明查尔斯定律”的方法时,很难精确测量气球的周长。这种方法最适用于纯视觉演示。
  • 你可以在烧瓶顶部使用软木塞和注射器,而不是气球。当空气膨胀或收缩时,它会迫使注射器的柱塞上升或下降。这是一个很好的实验室应用,因为你可以更准确地测量体积的变化。
  • 你可以用卷尺代替用绳子测量气球的周长。
  • 发表于 2022-03-22 04:08
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  • 分类:教育

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