查理定律

查理定律

目的

演示氣體體積如何隨著溫度變化而變化

 

實驗

實驗裝置:將一個中空圓管(管中有半徑較小的圓柱) 直立放入燒杯中,燒杯中放入有色溶液,將一裝滿熱水的瓶子中的熱水倒出,把瓶子瓶口倒置於中空圓管上方,且瓶口與中空圓管完全密合,觀察中空圓管中液面的變化。

 

原理思考

為什麼中空圓管中的液面會上升?

 

我們將熱空瓶倒置在中空圓管上方後,中空圓管內的空氣會與瓶中空氣快速達成一熱平衡,瓶子熱量能會隨著時間而發散在空氣中,瓶子溫度隨之下降,且瓶口與中空圓管完全密合。 根據理想氣體方程式:,在最初狀態與達成平衡(液面不再上升)時,管內氣壓與外界大氣壓力皆相等,且為一密閉容器,因此莫爾數也相同常數值,所以可得體積與溫度成正比,當溫度下降時體積也隨之縮小。 若一開始的體積為、後來平衡的體積為、原來的溫度(大約為熱瓶子溫度)為和後來的溫度為,則最後會得到 ,因此會得到,後來的體積比原來的體積來的小,且處於密閉容器中,只能讓將液體進入管中‧縮小氣體體積,所以管中液面上升。

 

討論

1.若將不同溫度的熱瓶子倒置於中空圓管,液面上升的速度是否會不同。

2.如果液面上升速度不變,為什麼?

3.如果液面上升速度有所不同,溫度較高時上升速度較快或是較慢?

 

溫度越高,液面上升速度越快。
因為與外在環境的溫差越高,溫度下降越快,體積縮小的速度也越快,因此液面上升速度越快。

 

製作

Mark Pottor (State Unversity of New York at Oswego暑期交換生)

 

指導老師

朱慶琪

 

撰稿

林世閔