Experiment 4: Boyle's Law (PDF)

‫تجربة رقم (‪)4‬‬ ‫قانــــــون بـــويـــــــل‬ ‫‪Boyle's Law‬‬ ‫الهدف من التجربة ‪Aim of the Experiment‬‬...

‫تجربة رقم (‪)4‬‬ ‫قانــــــون بـــويـــــــل‬ ‫‪Boyle's Law‬‬ ‫الهدف من التجربة ‪Aim of the Experiment‬‬ ‫إيجاد قيمة الضغط الجوي (‪ )𝐩0‬باستخدام جهاز بويل ‪.‬‬ ‫األجهزة المستخدمة ‪Apparatus‬‬ ‫‪ -1‬محرار‪.‬‬ ‫‪ -2‬جهاز بويل‪ :‬يتكون من انبوبة زجاجية (‪ )AB‬منتظمة المقطع ومغلقة الطرف العلوي اما طرفها الثاني‬ ‫فيتصل بانبوبة مطاطية التي بدورها تتصل بأنبوبة زجاجية اخرى (‪ )CD‬مشابهه لألولى ولكنها مفتوحة من‬ ‫نهايتها ‪.‬يمأل معظم هذا الجهاز بالزئبق ثم يثبت بوضع شاقولي وعلى شكل حرف ‪ - U -‬حول مسطرة مترية‬ ‫كما هو مبين في الشكل (‪.)1‬‬ ‫‪P0‬‬ ‫‪A‬‬ ‫‪C‬‬ ‫‪B‬‬ ‫‪D‬‬ ‫شكل(‪)1‬‬ ‫نظرية التجربة ‪Theory‬‬ ‫ينص قانون بويل على انه " عند ثبوت درجة الحرارة يتناسب ضغط كتلة معينة من الغاز تناسبا عكسياً مع‬ ‫الحجم "‪ ،‬اي ان ‪:‬‬ ‫‪1‬‬ ‫∝‪P‬‬ ‫𝑉‬ ‫‪PV= constant‬‬ ‫)‪(1‬‬ ‫فإذا كان ( ‪ h (cmHg‬هو الفرق بين مستويي الزئبق في األنبوبتين فالضغط المسلط على الغاز المحصور‬ ‫في األنبوبة ‪ AB‬هو‪:‬‬ ‫‪𝑃 = 𝑃0 + ℎ‬‬ ‫)‪(2‬‬ ‫حيث ( ‪ )P0‬هو الضغط الجوي مقاسا ً بـــ (‪.)cm Hg‬‬ ‫بما ان االنبوبة ثابتة في مساحة مقطعها العرضي لذا فأن حجم الغاز المحصور) ‪ V (𝑐𝑚3‬يتناسب طرديا ً مع‬ ‫طول الهواء المحصور(‪ ، L(cm‬اي ان‪:‬‬ ‫𝐿𝑎 = 𝑉 ∴‬ ‫)‪(3‬‬ ‫حيث )‪ )a‬مساحة المقطع الداخلي لألنبوبة (‪. )AB‬لذلك فمن قانون بويل نحصل على‪:‬‬ ‫𝐶 = 𝑎𝐿 ‪(𝑃0 + ℎ ).‬‬ ‫)‪(4‬‬ ‫حيث (‪ )C‬كمية ثابتة‪.‬‬ ‫وبقسمة الطرفين على ‪ a‬ينتج ‪:‬‬ ‫𝐾 = 𝐿) ‪(𝑃0 + ℎ‬‬ ‫)‪(5‬‬ ‫𝐶‬ ‫حيث ‪ K‬كمية ثابتة اخرى وتساوي ‪.‬‬ ‫𝑎‬ ‫𝐾‬ ‫= ‪∴ 𝑃0 + ℎ‬‬ ‫)‪(6‬‬ ‫𝐿‬ ‫او‬ ‫𝐾‬ ‫=‪ℎ‬‬ ‫‪− 𝑃0‬‬ ‫)‪(7‬‬ ‫𝐿‬ ‫‪1‬‬ ‫خطا مستقيما ‪.‬‬ ‫و‬ ‫يتحقق قانون بويل فقط اذا كان الخط البياني بين‬ ‫‪L‬‬ ‫‪1‬‬ ‫على محور السينات نحصل‬ ‫فإذا رسمت عالقة بيانية بين قيم ‪h‬على محور الصادات ومايقابلها من قيم‬ ‫‪L‬‬ ‫على خط مستقيم يقطع المحور الصادي في نقطة (باالتجاه السالب ) تمثل قيمة الضغط الجوي ( ‪ )P0‬كما في‬ ‫شكل (‪)2‬‬ ‫‪h cm Hg‬‬  ‫)𝑔𝐻 𝑚𝑐( ‪|0𝐴| = 𝑃0‬‬ ‫‪Method‬‬ ‫طريقة العمل‬ ‫‪ -1‬سجل درجة حرارة المختبر قبل اجراء التجربة‪.‬‬ ‫‪Y، X‬‬ ‫‪ -2‬اخفض األنبوبة ‪ AB‬إلى أقصى حد ممكن وارفع االنبوبة ‪ CD‬بحيث يكون مستويا الزئبق‬ ‫في طرفي الجهاز مرئيين ‪.‬‬ ‫‪ -3‬سجل قراءة المسطرة عند كل من (‪ )A،X،Y‬ثم قس طول عمود الهواء المحصور في األنبوبة (‪)AX‬‬ ‫وليكن (‪ L)cm‬وكذلك جد الفرق بين مستويي الزئبق عند ‪ Y،X‬والذي يساوي قيمة ‪ h‬حسب العالقات التالية ‪:‬‬ ‫‪h=Y–X‬‬ ‫‪L=A-X‬‬ ‫‪ -4‬غير ضغط الهواء المحصور وذلك برفع االنبوبة المفتوحة (‪ )CD‬بضع سنتمترات الى االعلى ثم انتظر‬ ‫دقيقتين تقريبا وبعدها سجل قراءة مستوي الزئبق في كال الطرفين واحسب قيمة )𝑔𝐻‪ h(cm‬ثم احسب قيمة‬ ‫(‪ L)cm‬المقابلة لها‪.‬‬ ‫‪ -5‬كرر ماجاء بالخطوة (‪ )4‬لعدد مناسب من المرات‪.‬‬ ‫‪-6‬اخفض االنبوبة المفتوحة (‪ )CD‬بحيث يصبح ضغط الهواء المحصور اقل من الضغط الجوي و احسب‬ ‫قيمة (𝑔𝐻‪ h)cm‬وقيمة (‪ L)cm‬المناظرة لها ( ‪ h‬في هذه الحالة سالبة )‪.‬‬ ‫‪ -7‬كرر ماجاء بالخطوة (‪ )6‬لعدد مناسب من المرات‪.‬‬ ‫القياسات والحسابات ‪Measurements and calculations‬‬ ‫‪ -1‬سجل نتائجك كما في الجدول ادناه ‪:‬‬  ‫مقلوب‬ ‫طول الهواء‬ ‫طول‬ ‫قراءة المسطرة عند‬ ‫الفرق بين مستويي الزئبق‬ ‫المحصور‬ ‫الهواء‬ ‫المحصور‬ ‫‪1‬‬ ‫‪A‬‬ ‫‪X‬‬ ‫‪Y‬‬ ‫𝑋‪ℎ=𝑌−‬‬ ‫‪L= A-X‬‬ ‫)‪(cm‬‬ ‫)‪(cm‬‬ ‫)‪(cm‬‬ ‫)𝑔𝐻 ‪(cm‬‬ ‫)𝑚𝑐(‬ ‫𝐿‬ ‫) ‪(𝑐𝑚−1‬‬ ‫)‪h(cmHg‬على محور الصادات وما يقابلها من قيم لــ‬ ‫‪ -2‬ارسم عالقة بيانية بين قيم‬ ‫‪1‬‬ ‫على محور السينات تحصل على خط مستقيم يحقق قانون بويل (شكل ‪.)2‬‬ ‫) ‪(𝑐𝑚−1‬‬ ‫‪L‬‬ ‫‪ -3‬احسب الضغط الجوي من القطع السالب لمحور الصادات‬ ‫|𝐴𝑂| = ‪𝑃0‬‬ ‫)𝑔𝐻𝑚𝑐(‬ ‫مالحظات ‪Notes‬‬ ‫‪-1‬تؤخذ قراءة التدريج في االنبوبتين الزجاجتين بمحاذاة سطح الزئبق المحدب‪.‬‬ ‫وخفض‬ ‫‪ -2‬بما ان التغيير الفجائي لضغط الهواء يؤدي الى تغير في درجة حرارته ‪ ،‬لذا يجب رفع‬ ‫مستوى الزئبق بصورة بطيئة ومن االفضل ان يترك الجهاز بعد تحريكه فترة من الزمن قبل اخذ القراءة ‪.‬‬ ‫‪ -3‬يجب ان يكون وضع االنبوبتين بشكل شاقولي وبدون ميالن فيه‪.‬‬ ‫المناقشة ‪Discussion‬‬ ‫‪ -1‬لماذا يستخدم الزئبق لتحقيق قانون بويل وال تستخدم غيره من السوائل؟‬ ‫‪-2‬هل يسري قانون بويل على االبخرة كسريانه على الغازات؟‬ ‫‪ -3‬لماذا يجب االنتظار قليال بعد تغيير حجم الغاز المحصور ثم اخذ القراءات ؟‬ ‫‪-4‬ناقش العالقة البيانية التي حصلت عليها ‪ ،‬وماذا تستنتج من الخط المستقيم؟‬ ‫‪ -5‬لماذا سطح الزئبق في االنبوبة شكأل َ محدباَ؟‬