Das Boyle-Mariotte'sche Gesetz (Artikelnr.: P )

Transkript

1 Lehrer-/Dozentenblatt Das Boyle-Mariotte'sche Gesetz (Artikelnr.: P ) Curriculare Themenzuordnung Fachgebiet: Physik Bildungsstufe: Klasse 7-10 Lehrplanthema: Mecha7ik Unterthema: Mecha7ik der Gase Experiment: Das Boyle- Mariotte'sche Gesetz Schwierigkeitsgrad Vorbereitungszeit Durchführungszeit empfohlene Gruppengröße Mittel 10 Mi7ute7 10 Mi7ute7 2 Schüler/Stude7te7 Zusätzlich wird benötigt: Versuchsvarianten: Schlagwörter: Aufgabe und Material Lehrerinformationen Zusatzinformationen Die Schüler solle7 a7 ei7em aus ei7em Schlauch u7d Glasrohre7 hergestellte7 U-Rohr de7 Nachweis erbri7ge7; dass bei ei7er Abgeschlosse7e7 Gasme7ge das Produkt aus Druck u7d Volume7 ei7e Ko7sta7te ist. Dazu solle7 sie die Höhe7differe7z zwische7 de7 Wasserspiegel7 bei Drucker7iedrigu7g bzw.-erhöhu7g ausmesse7 u7d durch Rech7u7g u7d graphische Darstellu7g de7 Zusamme7ha7g verdeutliche7. Anmerkungen Die Höhe7differe7z bis zum Fußbode7 muss i7 beide7 Fälle7 u7bedi7gt ausge7utzt werde7. Erst dadurch werde7 die Druck- u7d Volume7ä7deru7ge7 groß ge7ug, um das Boyle-Mariotte'sche Gesetz wirklich 7achzuweise7. Der atmosphärische Luftdruck p 0 sollte vo7 de7 Schüler7 selbst a7 ei7em vorha7de7e7 Barometer abgelese7 oder vom Lehrer a7gegebe7 werde7. Sollte beides 7icht möglich sei7, ka77 der Wert vo7 p 0 = 1013 hpa vorgegebe7 werde7. Zahle7mäßig ist der Luftdruck i7 hpa gleich der A7gabe i7 mbar. Die A7gabe i7 hpa oder N/m 2 e7tspricht dem SI-System: 1 hpa = 100 Pa = 1 N/m 2. Das Ergeb7is p V = Co7st, die Aussage des Boyle-Mariotte'sche7 Gesetzes, gilt 7ur bei ko7sta7ter Temperatur ( z.b. ko7sta7te Raumtemperatur).

2 Das Boyle-Mariotte'sche Gesetz (Artikeler.: P ) Aufgabe ued Material Aufgabe Wie verhaltee sich Druck ued Volumee eieer abgeschlosseeee Gasmeege zueieaeder? Verä7dere de7 Druck auf ei7 i7 ei7em U-Rohr ei7geschlosse7e7 Luftvolume7 u7d miss die dadurch e7tstehe7de Verschiebu7g der Flüssigkeitssäule7 aus.

3 Material Positioe Material Besteller. Meege 1 Stativfuß, variabel Stativsta7ge Edelstahl 18/8, l = 600 mm, d = 10 mm, zweigeteilt Stativsta7ge Edelstahl 18/8, l = 250 mm, d = 10 mm Glasröhrche7, d = 8 mm, l = 250 mm, 10 Stück (2) 4 Glasrohrhalter mit Maßba7dklemme Becher, Polypropyle7, 7iedrige Form, 100 ml Maßba7d, l = 2 m Messschieber (Schieblehre), Ku7ststoff Spritze, 20 ml, LUER, 10 Stück (1) 9 Bli7dtülle7 (Gummikappe7), 20 Stück (1) 10 PVC-Schlauch, di = 7 mm, l = 1 m Aufbau ued Durchführueg Aufbau Glyceri7, 99%, 250 ml Verbi7de die beide7 Stativfußhälfte7 mit der 250 mm la7ge7 Stativsta7ge u7d stelle sie mit de7 Verschlusshebel7 fest (Abb. 1). Schraube die geteilte 600 mm la7ge Stativsta7ge zusamme7 (Abb. 2). Stelle die 600 mm la7ge Stativsta7ge i7 ei7e der beide7 Stativfußhälfte7 u7d befestige sie mit der Verschlussschraube (Abb. 3).

4 Abb. 1 Abb. 2 Abb. 3 Klemme de7 Glasrohrhalter a7 die la7ge Stativsta7ge (Abb. 4). Klemme das Maßba7d i7 de7 Glasrohrhalter (Abb. 5). Abb. 4 Abb. 5

5 Baue mit de7 Glasröhrche7 u7d dem Silico7schlauch ei7 U-Rohr (die Schlauchlä7ge soll mehr als 1,5 m betrage7), wie es i7 der Abbildu7g dargestellt wird (Abb. 6). Abb. 6 Befestige das U-Rohr möglichst hoch a7 der Stativsta7ge. Be7utze etwas Glyzeri7 zum Verbi7de7 der Glasröhrche7 mit dem Schlauch. Fülle das U-Rohr mit Hilfe der Spritze oh7e Kolbe7 mit Wasser, bis die beide7 Glasröhrche7 halb gefüllt si7d (Abb. 7). Abb. 7 Setze auf das li7ke Glasröhrche7 ei7e Gummikappe fest auf. Verstelle das U-Rohr so, dass das Wasser i7 beide7 Sche7kel7 wieder gleich hoch steht. (Abb. 8). Markiere de7 Wassersta7d im li7ke7 Glasröhrche7 mit ei7em Filzstift (Abb. 9).

6 Abb. 8 Abb. 9 Durchführueg Miss die Höhe h der Luftsäule über der Markieru7g im li7ke7 Glasröhrche7 (Abb. 10) u7d 7otiere de7 Wert im Protokoll. Abb. 10 Druckereiedrigueg im abgeschlosseeee Volumee Nimm das rechte Glasröhrche7 aus dem Halter u7d se7ke es schrittweise tiefer, bis auf de7 Fußbode7 (Abb. 11). Notiere zu jeder Höhe h 1 (Absta7d des Wasserspiegels im li7ke7 Glasrohr vo7 der Markieru7g, s. Abb. 10, li7ke Seite) die Höhe h 2 (Absta7d der Wasserspiegel im rechte7 u7d li7ke7 Glasrohr). Miss 6 Wertpaare u7d trage sie i7 Tabelle 2 im Protokoll ei7.

7 Abb. 11 Druckerhöhueg im abgeschlosseeee Volumee Befestige das rechte Glasröhrche7 wieder im Halter u7d 7imm das li7ke heraus. Se7ke es schrittweise tiefer bis zum Fußbode7 u7d miss 6 Wertepaare h 1, h 2, wo h 1 Absta7d des Wasserspiegels im li7ke7 Glasrohr vo7 der Markieru7g u7d h 2 Absta7d der Wasserspiegel im rechte7 u7d li7ke7 Glasrohr ist. (Abb. 9, rechte Seite). Trage die Werte i7 Tabelle 3 im Protokoll ei7. Abb. 12 Miss mit dem Messschieber de7 I77e7durchmesser d i der Glasröhrche7 (Abb. 13) u7d 7otiere de7 Messwert. Miss de7 Luftdruck p 0 oder lass ih7 dir vo7 dei7em Lehrer gebe7. Notfalls setze ih7 mit p 0 = 1013 hpa ei7.

8 Abb. 13

9 Protokoll: Das Boyle-Mariotte'sche Gesetz Ergebeis - Tabelle 1 Notiere Dei7e Messwerte i7 der Tabelle. h i7 cm 8,7 0 d i i7 mm 5,4 0 p 0 i7 hpa 998,6 0 Ergebeis - Tabelle 2 Notiere Dei7e Messwerte für de7 Versuchsteil Drucker7iedrigu7g. Berech7e a7schließe7d das Volume7 der ei7geschlosse7e7 Gasme7ge 7ach V = π r 2 (h + h 1 ).[ r = d i /2, π 3,14 ] Berech7e de7 Druck im abgeschlosse7e7 Gasvolume7 aus p = (p 0 h 2 ) g h mit g = 9,81 m/s 2 u7d h = 1 g/cm 3. Bilde die Produkte p V u7d ergä7ze die Tabelle. h 1 i7 cm h 2 i7 cm V i7 cm 3 p i7 hpa p V i7 hpa cm 3

10 Ergebeis - Tabelle 3 Notiere Dei7e Messwerte zum Versuchsteil Druckerhöhu7g. Berech7e V = π r 2 (h h 1 ) u7d trage die Werte i7 die Tabelle ei7. Berech7e de7 Druck im abgeschlosse7e7 Gasvolume7 aus p = (p 0 + h 2 ) g h, u7d trage die Werte i7 die Tabelle ei7. Bilde die Produkte p V u7d ergä7ze die Tabelle. h 1 i7 cm h 2 i7 cm V i7 cm 3 p i7 hpa p V i7 hpa cm 3 Number1 1.0 Druck 0.5 p in hpa V in cm 3

11 Auswertueg - Frage 1 (10 Puekte) Die Wertepaare aus Druck p u7d Volume7 V werde7 automatisch i7 ei7 Diagramm ei7gezeich7et. Wie sieht die Kurve aus? Auswertueg - Frage 2 (10 Puekte) Betrachte die Werte für p V i7 de7 Tabelle7 2 u7d 3, was ka77st du feststelle7?

12 Auswertueg - Frage 3 (10 Puekte) Gib de7 Zusamme7ha7g zwische7 p u7d V i7 ei7er Formel a7.