병에서 XNUMX/XNUMX 정도. 도면, 설명

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병에서 XNUMX만분의 XNUMX도. 어린이 과학 연구실

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현대 과학 장비는 매우 민감하며 엄청난 정밀도로 작동합니다. 개별 소립자의 질량, 원자 및 분자의 크기를 측정합니다. 온도계는 XNUMX분의 XNUMX도의 온도 차이를 포착할 수 있고, 간섭계는 원자 직경 정도의 변위를 감지할 수 있습니다. 이러한 고정밀 기기는 모두 매우 복잡하며 최신 기술 혁신을 기반으로 합니다.

하지만 유리병, 빈 볼펜, 자, 플라스틱 조각 등 가장 간단한 품목으로 극도로 민감한 온도계를 만들 수 있습니다.

(확대하려면 클릭하십시오)

막대에서 필기용 매듭을 잘라내고 튜브에 잉크 한 방울을 떨어뜨린 다음 병 목에 넣고 플라스틱으로 단단히 붙입니다. 유리병에 대한 중력의 영향을 제거하려면 병을 옆으로 눕히십시오. 옆에 밀리미터 눈금이 있는 눈금자를 놓습니다. 장치가 준비되었습니다.

한동안 용기의 온도 변화로 인해 잉크 방울이 오른쪽이나 왼쪽으로 이동하여 공기와 열 평형을 이루게 됩니다. 그것이 멈출 때까지 기다렸다가 어느 부분에서 끝났는지 살펴보겠습니다. 이제 손가락으로 병의 벽을 터치해 보겠습니다. 그 안의 공기가 가열되고 팽창하며 튜브의 기포가 몇 밀리미터 이동합니다. 우리 장치의 정확성을 평가해 봅시다.

온도에 따른 기체 부피 변화의 의존성은 1802년 프랑스의 물리학자이자 화학자인 Joseph Louis Gay-Lussac이 도출한 공식에 의해 결정됩니다.

V_t=V(1 + B_tdt),

여기서 V는 가스의 초기 부피입니다. V_t - 온도가 dt에 따라 변할 때 점유하기 시작한 부피. B_t\u1d 273/XNUMX도^-1 - 가스의 부피 팽창 계수. 가열되면 특정 질량의 가스 부피가 해당 부피 V의 1/273만큼 증가한다는 것을 보여줍니다.₀, 이 질량은 0°C에서 점유됩니다. 하지만 순전히 정성적인 실험을 진행하고 있기 때문에 기체 V의 부피를 V 값으로 줄이기 위해₀ 이해가 안 돼요.

병에서 XNUMX만분의 XNUMX도
Gay-Lussac 방정식의 그래프는 온도 T - 부피 V의 좌표에서 직선입니다. 온도가 감소함에 따라 가스의 부피는 감소하고 -273,15 ° C의 온도에서 XNUMX과 같습니다. 실제로 이것은 불가능합니다. 가스 분자에는 부피가 있으며 물론 어디로도 갈 수 없습니다.

Gay-Lussac 공식에서 다음과 같습니다.

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

유리병 부피 V₀ = 750cm³ = 7,5 * 10³ mm³, 튜브 내경 D = 1,5mm, 반경 r = 0,7mm, 구멍 면적 s ~ 1mm². 기포의 위치는 1mm의 정확도로 결정될 수 있으므로 용기 내 공기량의 1mm 변화를 감지할 수 있다고 가정합니다.³. 이 값을 위 공식에 대입하면 dt = 1*273/7,5*10이 됩니다.³ = 3,64 * 10^-4 도.

이는 매우 높은 정확도입니다. 그러나 실제로 이러한 장치를 사용하는 것은 불행하게도 문제가 됩니다. 대기압 변화, 통풍에 의한 냉각 및 기타 외부 영향에 민감하게 반응합니다.

저자: S.Trankovsky

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