Zehntausendstel Grad aus einer Flasche. Zeichnung, Beschreibung

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Zehntausendstel Grad aus einer Flasche. Wissenschaftliches Kinderlabor

Wissenschaftliches Kinderlabor

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Moderne wissenschaftliche Geräte sind äußerst empfindlich und arbeiten mit enormer Präzision. Gemessen werden die Massen einzelner Elementarteilchen sowie die Größen von Atomen und Molekülen. Thermometer sind in der Lage, Temperaturunterschiede von einem Tausendstel Grad zu erfassen, und Interferometer sind in der Lage, Verschiebungen in der Größenordnung des Atomdurchmessers zu erfassen. Alle diese hochpräzisen Instrumente sind äußerst komplex und basieren auf neuesten technischen Innovationen.

Aber aus den einfachsten Gegenständen lässt sich ein äußerst empfindliches Thermometer bauen: einer Glasflasche, einem leeren Kugelschreiber, einem Lineal und einem Stück Plastilin.

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Schneiden Sie den Schreibknoten vom Stab ab, lassen Sie einen Tropfen Tinte in das Röhrchen tropfen und stecken Sie es in den Flaschenhals, wobei Sie es mit Plastilin festkleben. Legen Sie die Flasche auf die Seite, um den Einfluss der Schwerkraft auf das Fläschchen zu verhindern. Legen Sie ein Lineal mit Millimetereinteilung daneben. Das Gerät ist bereit.

Für einige Zeit bewegt sich die Tintenblase aufgrund der Tatsache, dass sich die Temperatur des Behälters ändert, nach rechts oder links und kommt mit der Luft in ein thermisches Gleichgewicht. Warten wir, bis es aufhört, und achten wir darauf, in welcher Abteilung es gelandet ist. Berühren wir nun mit dem Finger die Flaschenwand. Die Luft darin erwärmt sich, dehnt sich aus und die Blase im Rohr bewegt sich um einige Millimeter. Lassen Sie uns die Genauigkeit unseres Geräts bewerten.

Die Abhängigkeit der Änderung des Gasvolumens von der Temperatur wird durch die Formel bestimmt, die 1802 vom französischen Physiker und Chemiker Joseph Louis Gay-Lussac abgeleitet wurde:

V_t=V(1 + B_tdt),

wobei V das anfängliche Gasvolumen ist; V_t - das Volumen, das es einzunehmen begann, als sich die Temperatur um dt änderte; B_t\u1d 273/XNUMX Grad^-1 - Volumenausdehnungskoeffizient von Gas. Es zeigt, dass das Volumen einer bestimmten Gasmasse beim Erhitzen um 1/273 dieses Volumens V zunimmt₀, die diese Masse bei 0°C einnahm. Da wir jedoch ein rein qualitatives Experiment durchführen, reduzieren wir das Gasvolumen V auf den Wert V₀ macht keinen Sinn.

Zehntausendstel Grad aus einer Flasche
Der Graph der Gay-Lussac-Gleichung ist eine gerade Linie in den Koordinaten: Temperatur T – Volumen V. Mit sinkender Temperatur nimmt das Gasvolumen ab und wird bei einer Temperatur von –273,15 °C gleich Null. In Wirklichkeit ist dies unmöglich – Gasmoleküle haben ein Volumen, das natürlich nirgendwo hingehen kann.

Aus der Gay-Lussac-Formel folgt das

dt = (V_t -V)/VB_t = dV/VB_t.

Glasflaschenvolumen V₀ = 750 cm³ = 7,5 * 10³ Millimeter³, Rohrinnendurchmesser D = 1,5 mm, Radius r = 0,7 mm, Lochfläche s ~ 1 mm². Wir gehen davon aus, dass die Position der Blase mit einer Genauigkeit von 1 mm bestimmt werden kann und somit eine Änderung des Luftvolumens im Behälter um 1 mm erfasst werden kann.³. Wenn wir diese Werte in die obige Formel einsetzen, erhalten wir dt = 1*273/7,5*10³ = 3,64 * 10^-4 Grad.

Das ist eine sehr hohe Genauigkeit. Leider ist der Einsatz eines solchen Geräts in der Praxis problematisch. Es reagiert nicht weniger empfindlich auf Änderungen des Luftdrucks, Abkühlung durch Zugluft und andere äußere Einflüsse.

Autor: S.Trankovsky

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