Hoe de wet van Charles te demonstreren

Charles`s wet stelt dat het volume van een ideaal gas evenredig verandert met de temperatuur van dat gas, zolang de druk en de hoeveelheid aanwezig gas constant worden gehouden. De vergelijking van Charles`s wet kan worden uitgedrukt in de vorm V₁

Inhoud

Stappen

Methode 1laat de wet van charles zien met een opgeblazen ballon
Methode 2demonstreer de wet van charles door een wereld uit te breiden en te contracteren
Methode 3laat wiskundig de wet van charles zien

Tips
Waarschuwingen
Dingen die je nodig hebt

Laat de wet van charles zien met een opgeblazen ballon
Demonstreer de wet van charles door een wereld uit te breiden en te contracteren

/ T₁= V₂/ T₂. Met andere woorden, als je een ballon met lucht vult, zal deze krimpen (het volume neemt af) als je het afkoelt en het zal uitzetten (meer volume in beslag nemen) als je het verhit. Dit komt omdat de lucht in de ballon, die een gas is, een kleiner volume inneemt wanneer het koud is en een groter volume wanneer het warm is.

stappen

Methode 1
Laat de wet van Charles zien met een opgeblazen ballon

Titel afbeelding Charles Demonstrate`s Law Step 1

Voeg heet water toe aan een bekerglas of een soortgelijke verpakking. Je moet ruimte laten om ook een ballon in de container te doen. In het algemeen is 100 ml water in een beker van 1000 ml (1 L) voldoende. Pas op dat u geen heet water spettert, omdat u uzelf of iemand anders pijn kunt doen.

Titel afbeelding Charles Demonstrate`s Law Step 2

Vul een ballon met lucht. Blaas de ballon met je mond of gebruik een luchtpomp om hem te vullen. Vul de ballon niet te veel: u moet ruimte laten voor het gas erin om uit te zetten. Het is beter om een feestballon te gebruiken dan een waterballon. Dit type ballon heeft minder kans op ontploffing. Als u de ballon in de container wilt plaatsen, moet u erop letten dat deze niet zo sterk wordt opgeblazen dat deze daarna niet door de opening van de container past.

Titel afbeelding Charles Demonstrate`s Law Step 3

Leg een touw rond het breedste deel van de wereld. Rondom de ballon met een touw kun je precies weten hoe groot de ballon aan het begin is. Markeer of snij het touw in het breedste deel van de wereld. Verwijder het dan uit de ballon en meet het met een liniaal. Die meting is de oorspronkelijke omtrek van de aarde. Later, wanneer de lucht opwarmt, kun je het vergelijken met de grootte van de ballon.

Titel afbeelding Charles Demonstrate`s Law Step 4

Plaats de ballon in de container. Hiermee kunt u het water verwarmen om de hete lucht in de ballon te brengen. Als de ballon niet in de container past, is een andere optie om hem boven op de container te plaatsen. De warmteoverdracht zal minder efficiënt zijn, maar zal ook hetzelfde effect op de hele wereld veroorzaken.

Titel afbeelding Charles Demonstrate`s Law Step 5

Observeer hoe de ballon groeit. De temperatuurstijging zal de lucht dwingen zijn omvang te vergroten en daarom zal de ballon uitdijen. Het ziet ernaar uit dat de ballon groeit of zich meer in de container opblaast. Gebruik een andere reeks om de omtrek van de ballon te meten tijdens het verwarmen. Nu kunt u die meting vergelijken met de oorspronkelijke meting van de ballon.

Laat de ballon niet te veel uitzetten omdat deze kan ontploffen.

Titel afbeelding Charles Demonstrate`s Law Step 6

Ga de ballon in de vriezer binnen. Nu dat je de ballon hebt verhit en uitgezet hebt, zul je zien dat wanneer hij van de hitte wordt verwijderd, deze zal leeglopen. Om dit effect te kunnen waarnemen, moet u de ballon uit de warmtebron (de bak met kokend water) halen en naar een koude omgeving brengen. U moet de ballon minstens een paar uur in de vriezer laten voordat u hem verwijdert.

Titel afbeelding Charles Demonstrate`s Law Step 7

Observeer de grootte van de ballon. Wanneer u de ballon uit de vriezer haalt, meet dan onmiddellijk de omtrek met een ander touwtje. Op deze manier kun je het vergelijken met de eerste twee maten. Niet alleen is het kleiner dan wanneer het zich in de hete container bevond, maar het zal kleiner zijn dan wanneer je het net hebt opgeblazen. Dit komt omdat je de warmte van het gas in de ballon hebt verwijderd, waardoor het gas (en dus ook de ballon) zijn volume heeft verlaagd.

Methode 2
Demonstreer de wet van Charles door een wereld uit te breiden en te contracteren

Titel afbeelding Charles Demonstrate`s Law Step 8

Doe een kleine hoeveelheid water in een Erlenmeyer-kolf. Het is niet nodig om de fles te vullen. Hoe minder water je toevoegt, hoe sneller het water kookt. Zorg er echter voor dat u voldoende water toevoegt, zodat het niet te snel kookt en uiteindelijk verdampt. Ongeveer 75 ml is voldoende.

Titel afbeelding Charles Demonstrate`s Law Step 9

Plaats de kolf op een hete plaat of op een brander. Dit is de bron van warmte waarmee je het water zult verwarmen. Zorg dat je het tot het kookpunt verwarmt. Hierdoor zal de lucht naar de bovenkant van de kolf uitzetten en zal ook de waterdamp ontstaan waarmee u de ballon vult.

Titel afbeelding Charles Demonstrate`s Law Step 10

Plaats het open uiteinde van een ballon over de opening van de fles. Vergeet niet dat de fles zal opwarmen. Het is beter om handschoenen te gebruiken om te voorkomen dat u uw handen verbrandt terwijl u de ballon boven de opening van de fles plaatst. Zorg ervoor dat u de ballon in de hals van de fles laat zakken, zodat de ballon niet gemakkelijk loskomt.

Het kan eenvoudiger en veiliger zijn om de ballon in de kolf te plaatsen voordat het water wordt verwarmd.

Titel afbeelding Charles Demonstrate`s Law Step 11

Kijk hoe de ballon uitzet. Als u de ballon boven de fles bevestigt, wordt deze verzegeld en kunt u de lucht alleen in de ballon laten uitzetten. Deze uitzetting van lucht in de ballon zal ook de ballon doen uitzetten. Laat de ballon niet zo veel groeien dat hij explodeert!

Titel afbeelding Charles Demonstrate`s Law Step 12

Verplaats de kolf nu naar een bak met ijs. Neem een container en plaats er water en ijs in. Dit is de gemakkelijkste en snelste manier om de inhoud van de fles af te koelen. Gebruik handschoenen om de kolf van de warmtebron naar de ijscontainer te verplaatsen.

Titel afbeelding Charles Demonstrate`s Law Step 13

Let op het zuigeffect dat optreedt in de ballon. Het snel afkoelen van de kolf en de ballon zal het volume van het gas doen afnemen. Naarmate het volume van het gas afneemt, zal het volume van de ballon ook afnemen en zal het dus krimpen. Naarmate het gas verder afkoelt en verder samentrekt, zal het volume van het gas zo sterk worden verminderd dat de druk die buiten de ballon bestaat ervoor zorgt dat de kolf de ballon volledig opzuigt.

Methode 3
Laat wiskundig de wet van Charles zien

Titel afbeelding Charles Demonstrate`s Law Step 14

Houd rekening met de eigenschappen van het ideale gas dat in dit proces een rol speelt. Jacques Charles liet zien (en later ook Joseph Gay-Lussac) dat de temperatuur van een gas direct gerelateerd is aan zijn volume wanneer de druk en de massa van het gas constant blijven. Dit betekent dat voor een bepaald gas het volume van het gas gedeeld door de temperatuur van dat gas hetzelfde aantal oplevert voor elke combinatie van volume en temperatuur.

Titel afbeelding Charles Demonstrate`s Law Step 15

Zorg ervoor dat u de juiste eenheden gebruikt. Het volume moet in liters worden gemeten. De temperatuur moet worden gemeten in Kelvin. Als de waarden in verschillende eenheden worden uitgedrukt, gebruikt u de dimensionale analyse-eigenschappen om ze naar de overeenkomstige eenheden om te zetten voordat u doorgaat. Anders zijn de berekeningen onjuist.

Titel afbeelding Charles Demonstrate`s Law Step 16

Gebruik de constante k om de vergelijking op te bouwen. Het aanvankelijke volume van het gas (V.₁) gedeeld door de begintemperatuur van het gas (T₁) is gelijk aan een constante, k. Als het volume of de temperatuur van dat gas verandert, veranderen beide waarden zodat het nieuwe volume (V₂) gedeeld door de nieuwe temperatuur (V₂) blijft hetzelfde constant k. als V₁/ T₁= k en V₂/ T₂= k, dan V₁/ T₁= V₂/ T₂.

Titel afbeelding Charles Demonstrate`s Law Step 17

Los de vergelijking op om de onbekende variabele te vinden. Wanneer ze u een probleem geven om op te lossen, zullen zij u enkele van de metingen geven en zij zullen u vragen om de onbekende variabele van de vergelijking te berekenen. Onderzoek het probleem om te zien wat de gegeven waarden zijn en vervang ze in het overeenkomstige deel van de vergelijking. Zodra u alle bekende waarden in de vergelijking hebt, kunt u deze eenvoudigweg opnieuw ordenen om de onbekende variabele alleen te laten en deze vervolgens op te lossen door rekenkundige bewerkingen toe te passen. Op die manier zul je de wet van Charles hebben gebruikt om het probleem op te lossen.

tips

Probeer een koude ballon te verwarmen met heet kraanwater en kijk of deze uitzet.
Gebruik feestballonnen in plaats van waterballonnen. Waterballonnen zijn ontworpen om gemakkelijker te ontploffen.
In plaats van een ballon kunt u een kurk en een spuit op de bovenkant van de kolf gebruiken. Naarmate de lucht uitzet of samentrekt, zal de plunjer van de spuit omhoog of omlaag bewegen. Dit is een goede methode om in het laboratorium te gebruiken, omdat het de verandering in het volume met grotere nauwkeurigheid kan meten.
In plaats van een tekenreeks te gebruiken om de omtrek van de ballon te meten, kunt u een meetlint gebruiken.
Houd er rekening mee dat, als u de methode gebruikt "Demonstreer de wet van Charles door een wereld uit te breiden en te contracteren", het zal moeilijk zijn om de omtrek van de bol te meten. Deze methode dient als een louter visuele demonstratie.

waarschuwingen

Zorg ervoor dat de ballon niet te veel uitzet, anders kan je de ballon opblazen.
Als je kokend water gaat gebruiken, moet je heel voorzichtig zijn, omdat je jezelf gemakkelijk kunt verbranden.