Ausdehnung von Luft bei konstantem Volumen
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- Jasmin Kästner
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1 Lehrer-/Dozentenblatt Ausdehnung von Luft bei konstantem Volumen (Artikelnr.: P042800) Curriculare Themenzuordnung Fachgebiet: Physik Bildungsstufe: Klasse 7-0 Lehrplanthema: Wärmelehre Unterthema: Wärmeausdehnung Experiment: Ausdehnung von Luft bei konstantem Volumen Schwierigkeitsgrad Vorbereitungszeit Durchführungszeit empfohlene Gruppengröße Mittel 0 Minuten 0 Minuten 2 Schüler/Studenten Zusätzlich wird benötigt: Versuchsvarianten: Streichhölzer Schere Filzschreiber Schlagwörter: Aufgabe und Material Lehrerinformationen Zusatzinformation Erwärmung eines Luftvolumens kann sowohl zur Vergrößerung des Volumens als auch zur Erhöhung des Druckes führen. In diesem Versuch muss das Volumen konstant gehalten werden. Das geschieht dadurch, dass der anfängliche Wasserstand in Schenkel a des Manometers markiert und der Wasserstand vor dem Ablesen des Druckes wieder auf diese Marke gebracht wird. Hinweise zu Aufbau und Durchführung. Der Stopfen muss fest in den Erlenmeyerkolben eingesetzt werden, damit während der Messung keine Luft entweichen kann. 2. Die Schenkel des Manometers müssen zu Beginn gleich hoch am unteren Ende der Glasröhrchen befestigt werden. 3. Das Manometer ist langsam zu füllen, damit keine Luftblasen entstehen. Das geschieht mit Hilfe des kleinen Becherglases. Auf ein Glasröhrchen wird als Einfüllhilfe ein Schlauchstück gesetzt. 4. Um genügend Messpunkte zu erhalten, sollten die Temperaturänderungen nur C betragen, daher darf nur kurzzeitig erwärmt werden. 5. Da der Wärmekontakt zwischen Luft und Thermometer schlecht ist, wird die Temperatur im Wasser gemessen. Das erfordert einen sorgfältigen Temperaturausgleich zwischen Wasser und Luft im Erlenmeyerkolben (rühren und warten). Hinweise zu den Aufgaben In dieser Zusatzaufgabe wird der Spannungskoeffizient berechnet und mit dem Kehrwert der absoluten Temperatur verglichen. Zusatzaufgabe 2: Der Spannungskoeffizient sollte aus der Geradensteigung bestimmt werden. Er kann auch als Mittelwert berechnet werden.
2 Ausdehnung von Luft bei konstantem Volumen (Artikelnr.: P042800) Aufgabe und Material Aufgabe Wie verändert sich der Druck eines Luftvolumens bei Erwärmung? Miss die Druckerhöhung in einem Luftvolumen bei Erwärmung, wenn die Größe des Volumens konstant bleibt.
3 Material Position Material Bestellnr. Menge Stativfuß, variabel Stativstange Edelstahl 8/8, l = 250 mm, d = 0 mm Stativstange Edelstahl 8/8, l = 600 mm, d = 0 mm Doppelmuffe Glasrohrhalter mit Maßbandklemme Ring mit Muffe, verzinkt, Innendurchmesser 00 mm Universalklemme, Stellschraube an beweglicher Seite Drahtnetz mit Keramik, 60 x 60 mm Rührstab Glasröhrchen, d = 8 mm, l = 80 mm, 0 Stück Glasröhrchen, d = 8 mm, l = 250 mm, 0 Stück Schülerthermometer, C, l = 230 mm Becher, Polypropylen, niedrige Form, 00 ml Becherglas DURAN, niedrige Form, 400 ml Erlenmeyerkolben 00 ml, Weithals, SB Gummistopfen 26/32, Bohrung 7 mm Siliconschlauch, Innen-d = 7 mm Maßband, l = 2 m Zusätzliches Material Butanbrenner Labogaz Butan-Kartusche C 206 ohne Ventil, 90 g Glycerin, 99%, 250 ml Streichhölzer Filzschreiber Schere
4 Aufbau und Durchführung Aufbau Achtung!. Schiebe Thermometer oder Glasröhrchen stets mit Hilfe von Glycerin in Gummistopfen ein! 2. Zum Füllen des Manometers wird das kleine Becherglas benutzt. Das Wasser lässt sich leichter in den Schlauch einfüllen als in ein Glasröhrchen, deshalb sollte als Einfüllhilfe ein kleines Schlauchstück auf das Glasröhrchen gesetzt werden. 3. Beim Erwärmen des Wassers werden der Stativring und das Drahtnetz sehr heiß! Aufbau Baue das Stativ nach folgenden Abbildungen auf. Abb. Abb. 2 Abb. 3 Abb. 4
5 Abb. 5 Abb. 6 Abb. 7 Abb. 8 Abb. 9 Spanne das Maßband in den Glasrohrhalter.
6 Abb. 0 Baue mit den beiden 250 mm langen Glasröhrchen und einem Stück Schlauch (60 cm lang) ein U-Rohr-Manometer und spanne es mit gleich hohen Schenkeln in den Glasrohrhalter. Abb. Abb. 2 Fülle das Manometer mit Hilfe des kleinen Becherglases, bis das Wasser in beiden Glasröhrchen cm hoch steht.
7 Abb. 3 Schiebe das kleine Glasröhrchen in den Gummistopfen und verschließe den Erlenmeyerkolben sorgfältig mit dem Stopfen. Abb. 4 Abb. 5 Bringe den Erlenmeyerkolben in das Becherglas und befestige ihn so mit der Universalklemme, dass er möglichst tief hineinragt. Abb. 6
8 Fülle das Becherglas vollständig mit Wasser. Abb. 7 Verbinde das Glasröhrchen im Stopfen über einen Schlauch mit dem Schenkel a des Manometers. Abb. 8 Abb. 9 Durchführung Notiere auf im Protokoll die Anfangstemperatur ϑ 0 des Wassers im Becherglas. Bringe die Wasserspiegel in Schenkel aund bauf gleiche Höhe (Anfangsdruck gleich dem äußeren Luftdruck).
9 Abb. 20 Markiere den Wasserstand in Schenkel amit einem Filzschreiber. Abb. 2 Erwärme das Wasser kurzzeitig (ca. 5 s) und entferne den Brenner dann (die Temperatur soll nur um C steigen). Rühre ca. bis 2 min sorgfältig um, damit die Luft im Erlenmeyerkolben die Temperatur des Wassers annimmt. Notiere die Wassertemperatur in der Tabelle im Protokoll.
10 Abb. 22 Bringe den Wasserstand in Schenkel ades Manometers wieder auf die Markierung (schiebe Schenkel anach unten). Miss den Abstand Δ lder beiden Wasserspiegel in den Schenkeln des Manometers und notiere ihn in der Tabelle. Erwärme die Luft schrittweise weiter und ermittle weitere Werte für Δ lin Abhängigkeit von der Temperatur.
11 Protokoll: Ausdehnung von Luft bei konstantem Volumen Ergebnis - Beobachtungen ( Punkt) Anfangstemperatur ϑ 0 = C.
12 Ergebnis - Tabelle (20 Punkte). Trage deine Messwerte für den Wasserstand Δl in die Tabelle ein! 2. Berechne jeweils die Temperaturdifferenz Δϑ = ϑ - ϑ 0 zur Anfangstemperatur ϑ Der Druck wird mit der Wassersäule im Manometer gemessen. Für diesen Versuch genügt die Umrechnung Δl in cm = Δp in hpa. Trage die Werte für den Druck Δp in hpa in die Tabelle ein. ϑ in C Δl in cm Δϑ in C Δp in hpa Number Δp in hpa Δϑ in C
13 Auswertung - Frage (0 Punkte) Schaue die Ergebnisse an. Welcher Zusammenhang besteht zwischen Druckänderung und Temperaturänderung? Auswertung - Zusatzaufgabe ( Punkt) Lies den aktuellen Luftdruck p 0 auf einem Manometer ab oder rechne die folgenden Aufgaben mit p 0 = 03 hpa. p 0 = hpa. Auswertung - Zusatzaufgabe 2 ( Punkt) Die Ausdehnung von Luft bei konstantem Volumen wird durch folgende Formel beschrieben: Δp = β p 0 Δϑ. Berechne aus den Messwerten in der Tabelle den Spannungskoeffizient β von Luft bei konstantem Volumen. β = 0-3 ( C) -. Auswertung - Zusatzaufgabe 3 (2 Punkte) Rechne die Anfangstemperatur ϑ 0 in Kelvin um: T 0 = K und bilde den Quotienten: /T 0 = 0-3 K -.
14 Auswertung - Zusatzaufgabe 4 (0 Punkte) Vergleiche das Ergebnis von /T 0 mit β.
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