آزمايش1 :

موضوع آزمايش: آشنايي با كوليس و ريزسنج.

وسايل و مواد آزمايش: كوليس، ريزسنج، قطعه اي براي اندازه گيري.

تئوري آزمايش:

شرح ساختمان كوليس: كوليس از دو قسمت ثابت و متحرك تشكيل شده است كه قسمت ثابت آن يك خط كش مدرج منتهي به فک ثابت است و قسمت متحرك شامل كشويي است كه خك متحرك و همچنين و ورنیه  روي آن قرار دارد. براي كم كردن لقي و همچنين محكم كردن خك متحرك در محل دلخواه از ضامني كه روي كشو نصب شده است استفاده مي گردد. در بعضي از كوليس ها جهت ثابت كردن خك متحرك از يك پيچ محكم كننده استفاده مي كنند. در پاره اي از كوليس به قسمت متحرك، زبانه اي جهت اندازه گيري عمق، متصل شده است.

ورينه: تقسيمات روي كشوي كوليس را ورينه مي گويند.

به وسيله ورينه امكان خواندن كسري از تقسيمات اصلي خط كش امكان پذير مي گردد بديهي است كه دقت وسايل اندازه گيري مجهز به ورينه رابطه مستقيم با نحوه تقسيم بندي ورينه آنها دارد.

بعنوان مثال ورينه ميلي متر در اين نوع ورينه ها فاصله 9 ميلي متر از تقسيمات اصلي خط كش را به 10 قسمت مساوي تقسيم نموده اند. در نتيجه فاصله هر يك از تقسيمات ورينه به اندازه 9/0 ميليمتر خواهد بود و اختلاف هر يك از تقسيمات خط كش با تقسيمات ورينه كه همان دقت كوليس است به اندازه 1/0 ميلي متر مي باشد.

در كوليس هاي جديد با دقت 1/0 ميلي متر، براي كاهش خطاي ديد بجاي 9 ميلي متر، 19 ميلي متر را روي ورينه به 10 قسمت مساوي تقسيم كرده اند. در نتيجه فاصله هر يك از تقسيمات ورينه به اندازه 9/1 ميلي متر بوده و اختلاف 2 ميلي متر از تقسيمات اصلي خط كش با هر يك از تقسيمات ورينه ميلي متر خواهد بود.

ريزسنج: وسيله اي است جهت اندازه گيري ضخامت هاي نسبتا كم مثل ضخامت يك ورق. اين وسيله از دقت زيادي نسبت به كوليس برخوردار است و از دو قسمت مدرج تشكيل شده است كه يكي استوانه مدرج (كلاهك) و به 50 قسمت مساوي تقسيم شده است و روي بدنه (محور) اصلي كه جغجقه بر روي آن سوار است و به صورت دوار مي چرخد.

داده ها و اطلاعات آزمايش

اين‌آزمايش در دو مرحله اندازه گيري صورت گرفت كه در جدول زير ثبت گرديده‌است.

شرح آزمايش:

براي اندازه گيري با كوليس ابتدا دهانه ي آن را بيش از اندازه لازم باز كرده و سپس خك ثابت را به يك ضلع قطعه مورد نظر تكيه مي دهيم. حال خك متحرك را به آرامي به ضلع ديگر قطعه كار نزديك مي كنيم و اندازه آن را مي خوانيم.

براي اندازه گيري با ريز سنج نيز به همين ترتيب عمل كرده، با اين تفاوت كه در ريزسنج براي حركت دادن خك متحرك جغجقه را مي چرخانيم.

براي خواندن اعداد اندازه به اين ترتيب عمل مي شود كه اگر صفر ورينه در مقابل يكي از تقسيمات اصلي خط كش قرار گيرد، اندازه خوانده شده از خط كش اصلي، كه در مقابل صفر يا جغجقه قرار دارد عددي صحيح بوده ونياز به خواندن ورينه وجود ندارد و چنانچه صفر در مابين اعداد اصلي قرار گرفت، بايستي براي تعيين اندازه صحيح عدد اصلي خوانده و سپس خطي از تقسيمات ورينه و يا جغجقه را كه در امتداد خطوط اصلي قرار دارد را مشخص كرده و در دقت وسيله اندازه گيري ضرب مي كنيم و با عدد خوانده شده قبلي جمع مي كنيم. بدين ترتيب اندازه صحيح بدست مي آيد.

نكته: در اندازه گيري با كوليس بايد از قسمت نوك خك هاي كوليس كه تراش مشخص شده است اندازه گرفت تا با خطا مواجه نشويم.

نتيجه آزمايش:

وسيله هايي مانند كوليس و ريزسنج از دقت خوبي برخوردارند، از كوليس مي توان براي اندازه گيري قطعات تا حدود cm 20 استفاده كرد و ريزسنج براي ورقه هاي نازك بيشتر كاربرد دارد. از ريزسنج مي توان در كارهاي ظريف استفاده كرد و از كوليس براي قطعات مدلسازي و ريخته گري ماشين آلات و .... استفاده مي شود. كوليس وسيله اندازه گيري تقريبا كامل است كه از آن براي اندازه گيري عمق، طول و قطر داخلي اجسام استفاده مي شود و دامنه كاربرد آن نسبت به ريزسنج بيشتر است.

نظر دانشجويان:

1- با خواندن صحيح اعداد در خطاي آزمايش تاثير داشته و بايد نحوه خواندن اعداد به صورت عمود بر سطح مدرج شده باشد تا با خطاي كمتري همراه باشد.

2- نمونه اي كه اندازه گيري مي شود بايد كاملا تميز باشد تا چيزي مانع چسبيدن خك هاي وسيل اندازه گيري به قطعه كار نباشد.

3- از فشار آوردن بيش از حد به كوليس يا هر وسيله اندازه گيري مشابه آن بايد خودداري كرد تا با اين كار هم عمر مفيد ابزار افزايش يابد و هم اندازه گرفته شده صحيح و بدون خطا باشد.

آزمايش 2

تاريخ 15/7/86                        ساعت : 15:30-14

نام گروه آزمايش:گروه 1 مهدي‌سليماني، محمد زراعتكار، نادر جمشيدي، ولي‌ا... باغچقي.

وسايل‌و مواد آزمايش: ترازو- بشر- استوانه مدرج- كوليس- ريزسنج- نخ- گوي فلزي- سنگ.

عنوان آزمايش: تعيين چگالي اجسام متفاوت.

شرح آزمايش:

هر ماده خالص را مي توان به وسيله مجموعه اي از ثابت هاي فيزيكي مانند دماي ذوب، دماي انجماد، دماي جوش چگالي، ضريب شكست نور و ... از ساير مواد خالص متمايز كرد. يكي از مهمترين ثابت هاي فيزيكي «چگالي» است.

تعيين چگالي مايع:

بالن يا استوانه مدرجي را كاملا بشوييد و با جريان هوا خشك كنيد. سپس آن را با دقت 01/0 گرم وزن كره تعداد آن را يادداشت نماييم.

به وسيله قيفي كوچك، در اين بالن تا خط نشانه آب مقطر بريزيد در صورت استفاده از استوانه مدرج حجم ميعني از آب مقطر برداريد.

بالن يا استوانه پر شده از آب را بطور دقيق وزن كره مقدار آن را يادداشت نماييد.

وزن بالن يا استوانه خشك          گرم

وزن بالن يا استوانه + وزن آب     گرم

وزن آب خالص                       گرم

حجم مايع براي حجم بالن يا حجم آب موجود در استوانه چگالي v

چگالي

تعيين چگالي جامدها

اگر جامدي داراي شكل هندسي مشخص باشد حجم آن را با اندازه گيري ابعاد بلور محاسبه مي كنند و وزن آن را از طريق توزين بدست مي آورند. سپس با توجه به رابطه چگالي آن را تعيين مي كنند، چنانچه جسم جامد مانند فلز آلومينيوم يا روي دانه اي يا منگنز دي اكسيد، شكل هندسي مشخص نداشته باشد چگالي جسم را از اين روش بدست مي آورند.

تعيين چگالي موادي كه در آب حل نمي شوند:

تعيين حجم جامدي كه در آب حل نمي شوند به طور غير مستقيم و طبق قانون ارشميدس صورت مي گيرد.

1- استوانه تميز و خشك را وزن كرده و سپس آن را به وسيله قطره چكان از آب مقطر تا انطباق سطح مقعر آب بر يكي از خط هاي درجه بندي استوانه، مثلا در مقابل عدد () پر نماييد. (در صورت وجود قطره هاي آب روي جدار لوله بالاي خط نشانه آن قطره ها را با كاغذ صافي خشك كنيد) و مجددا استوانه را وزن كنيد و وزن آن را (گرم) ياداشت نماييد.

2- روي يا آلومينيوم دانه اي (جسم جامدي كه شكل هندسي خالصي نداشته باشد) را به آرامي و بطور مايل در استوانه وارد كنيد. با انگشت به استوانه مدرج ضربه بزنيد تا حباب هاي هوا خارج شود. انضمامي جديد آب را روي درجه بندي استوانه بخوانيد. در اين حالت حجم آن را يادداشت نماييد و مجددا استوانه و محتويات آن را به طور دقيق وزن كنيد.

وزن استوانه خالي + حجم معين آب گرم

وزن استوانه + حجم آب سپس از اضافه شدن سنگ يا جسم با شكل هندسي نامنظم  گرم

حجم آب در استوانه

حجم آب پس از اضافه كردن نمك يا حجم با شكل هندسي نامنظم

وزن فلز             گرم

حجم فلز           

چگالي فلز

تذكر: اگر جسم مورد نظر در آب انحلال پذير باشد مي توان از محلول هاي ديگري نظير نفت، الكل و ... استفاده كرد.

شرح كار و نحوه آزمايش:

ابتدا جر هر يك از اجسام را با استفاده از ترازو بدست آورده و پس از جرم نمودن نوبت به تعيين حجم آنها مي رسد. اگر جسم از شكل هندسي منظمي برخوردار بود از ضوابط رياضي حجم آنها محاسبه شده  و اگر جسم داراي شكل هندسي خالص نباشد با قرار دادن آن روي آب و با توجه به افزايش سطح آب نسبت به سطح اوليه با حجم جسم از رابطه :

 حجم آب اوليه موجود در استوانه -  حجم آب موجود در استوانه به همراه جسم = حجم جسم

بدست مي آوريم. پس يادداشت جر و حجم هر يك از اجسام چگالي آنها از رابطه  بدست مي آوريم.

داده ها و محاسبات آزمايش:

                                  چگالي

آزمايش 3 :

2/08/86                               ساعت: 15:30-14

نام گروه آزمايش: گروه 1؛ مهدي سليماني، محمد زراعتكار، نادر جمشيدي، ولي ا... باغچقي.

وسايل و مواد آزمايش: دستگاه ضريب انبساط طولي، چراغ گاز آزمايشگاهي، سه پايه فلزي، مثلث نسوز، ميله آهني، ميله آلومينيومي.

عنوان آزمايش: محاسبه ضريب انبساط طولي.

هدف از آزمايش: بررسي و محاسبه ضريب انبساط خطي فلزات از تجربي (آزمايش) و مقايسه آن با عدد واقعي (تئوري) اين ضريب.

تئوري آزمايش:

هرگاه به ماده اي انرژي گرمايي داده مي شود، بر اثر اين انرژي مولكولهاي جسم داراي ارتعاش مي شوند و اين ارتعاش موجب مي شود جسم تغييراتي نسبت به حالت قبلي خود بكند، كه موجب افزايش حجم و يا طول قطعات مي شود. انبساط اجسام در همه جهات انجام مي گيرد. ما در اين آزمايش انبساط خطي اجسام را مد نظر قرار داده ايم.

ضريب انبساط خطي (طولي) : اندازه انبساط يكاي طول m1 ، وقتي كه دماي آن  افزايش يابد و يكاي آن  يا است.

 : طول اوليه فلز،  : طول ثانويه فلز،  : دماي اوليه داخل لوله، : دماي ثانويه داخل لوله، : اختلاف دما، : اختلاف طول، : ضريب انبساط خطي عدد ميكرومتر قبل از حرارت- عدد ميكرومتر بعد از حرارت برابر است.

لازم به ذكر است كه ضريب انبساط خطي (طولي) فلز به جنس فلز بستگي دارد ولي براي هر فلزي مقدار ثابتي است.

شرح آزمايش:

ابتدا طول اوليه ميله و دماي اوليه داخل لوله را اندازه گيري مي كنيم. سپس پيچ ميكرومتر بايد باز شود، در مرحله بعد داخل ارلن (RNL) آب مي ريزيم و آب را حرارت داده تا جوش آمده و بخار كند. بجار حاصل به داخل لوله آزمايش هدايت مي شود و موجب گرم شدن ميله فلزي مي شود. سپس  بدست مي آيد و ميكرومتر را مجددا مي بنديم و اندازه طول ثانويه را بدست مي آوريم و سپس عددهاي اندازه گيري شده را داخل فرمول گذاشته و ضريب انبساط خطي بدست مي آيد.

داده ها و اطلاعات آزمايش:

 اختلاف دما  اختلاف طول  دماي ثانويه  طول ثانيه  دماي اوليه  طول اوليه

نتيجه گيري:

ضريب انبساط خطي فلز آهن (Fe) كه ما در اينجا آزمايش كرديم  بدست آمده است كه  با ضريب واقعي (مطلق) آهن برابر است پس ميزان خطا در اين آزمايش تقريبا صفر است.

اعداد بدست آمده از آزمايشات ديگر دانشجويان كه با فلز آلومينيوم انجام داده اند را با حاصل كار خود مقايسه نموديم. نتيجه اين شد كه ضريب انبساط طولي آلومينيوم (AL) از فلز آهن بيشتر است.

نظر دانشجويان:

1- بجاي استفاده از يك ميله تقريبا 50 سانتيمتري بهتر است از يك ميله به طول واحد 1 متر استفاده شود تا درصد خطا كاهش يابد.

2- ضريب انبساط خطي واقعي مربوط به آهن خالص است كه در تئوري بدست آمده و اين جوابي را كه ما در اين آزمايش بدست آورده ايم مشخصا مربوط به يك آهن خالص نيست. پس مي توان اين آزمايش را نيز با خطاي اندك در نظر گرفت. نيز احتمال وجود خطا در خواندن اعداد بسيار است. پس بايد اعداد به دقت خوانده شوند.

آزمايش 4 :

9/08/86                               ساعت: 15:30-14

نام گروه آزمايش: گروه 1؛ مهدي سليماني، محمد زراعتكار، نادر جمشيدي، ولي ا... باغچقي.

عنوان آزمايش: اندازه گيري ظرفيت گرمايي (كالريمتر) گرماسنج

هدف از انجام آزمايش: تعيين كردن مقدار گرمايي كه لازم است تا دماي يك جسم مانند آب را تا يك درجه سانتيگراد افزايش دهيم.

وسايل و مواد آزمايش: كالريمتر با گرماسنج فلزي- دماسنج- ترازو- شعله گازي- بشر- مقداري آب.

تئوري آزمايش:

مقدار گرماي لازم براي افزايش يك درجه سانتيگراد از هر جسمي را ظرفيت حرارتي آن جسم ناميده و با  نمايش مي دهند.

با اين توصيف مطرح مي شود كه مقدار حرارت لازم براي آن كه درجه حرارت دو جسم با جرم هاي مساوي (ولي از جنس متفاوت) به يك اندازه افزوده شده يكسان نيست. مثلا براي آن كه kg30 آلومينيوم از  به  برسد حدودا 5/6 كيلوكالري حرارت نيازمند است. اگر Q مقدار گرمايي باشد كه بتواند درجه حرارت جسم را به اندازه  بالا ببرد، داريم:

واحدهاي ظرفيت گرمايي

 گرماي ويژه آب

واحد ظرفيت گرمايي  برابر  در SI و  در Cgs مي باشد كه براي تبديل آن بايد محاسبات زير را انجام داد.     

دماي تعادل: اگر n جسم در تماس با يكديگر قرار بگيرند (با دماهاي متفاوت) بين آنها گرما مبادله مي شود و پس از مدتي به يك دماي مشترك مي رسند كه به آن دماي تعادل مي گويند.

شرح انجام آزمايش:

ابتدا مقداري آب سرد به جرم  و مقداري آب گرم به جرم  كه دماي آب سرد  و آب گرم تهيه كرده اين و آن را درون كالريمتر ريختيم سپس دماي آب را در زمان هاي مختلف بوسيله دماسنج اندازه گرفتيم تا جايي كه با گذشت زمان دماي آب تغيير نكرده و به دماي تعادل رسيد. در نهايت اعداد بدست آمده را در جدول گذاشته و محاسبات را انجام مي دهيم.

آزمايش 5 :

23/7/86                                ساعت: 15:30-14

نام گروه آزمايش: گروه 1؛ مهدي سليماني، محمد زراعتكار، نادر جمشيدي، ولي ا... باغچقي.

عنوان آزمايش: تعيين گرماي ويژه يك جسم (نامشخص)

وسايل و مواد آزمايش: كالريمتر- دماسنج- ترازو- بشر- شعله گاز- تكه فولاد و آلومينيوم.

هدف از انجام آزمايش:

تعيين مقدار گرماي لازم براي افزايش  از دماي gr 1 جسم و يا بدست آوردن گرماي ويژه آن جسم كلمه (C) است.

تئوري آزمايش:

براي تعيين ظرفيت حرارتي اجسام، از ظرفيت حرارتي واحد جرم تحت عنوان گرماي ويژه استفاده مي كنند و آن عبارت است از مقدار حرارت لازم براي افزايش يك درجه سانتيگراد بر هر گرم (يا كيلوگرم) از جسم كه گرماي ويژه آن جسم نام دارد.

گرماي ويژه اجسام در درجه حرارتهاي مختلف يكسان نيست. به طوري كه اندازه آن را تحت فشار ثابت و يا حجم ثابت در درجه حرارت هاي مختلف، و حالتهاي فيزيكي متفاوت تعيين كرده و در جداولي درج كرده اند. گرماي ويژه را با حروف (c) نمايش مي دهند. چون گرماي ويژه اجسام در درجه حرارتهاي مختلف متفاوت است، لذا در محاسبات و حل مسائل، متوسطه (ميانگين) آن را منظور مي كنند. گرماي ويژه متوسطه به صورت (C) مشخص مي شود.

واحدهاي گرماي ويژه:

چون گرماي ويژه، مقدار حرارت لازم براي افزايش  از جسمي به جرم واحد را مشخص مي كند، لذا مقدار حرارت مورد نياز براي افزايش درجه حرارت جسمي به اندازه  و به جرم m ، برابر است با و با تعيين C خواهيم داشت:  كه به كمك آن مي توان واحدهاي گرماي ويژه را مشخص كرد كه عبارتند از:                    

فاصله درجات حرارتي سانتيگراد و كلوين يكسان است به همين دليل در محاسبات، براي مشخص كردن مقدار گرماي ويژه به كار بردن واحد  به جاي  (واحد گرماي ويژه در SI) معمول بوده و صحيح است. در سيستم انگليسي، واحد گرماي ويژه بر حسب بي.تي.يو به پوند درجه فاريت بيان مي شود.

شرح انجام آزمايش:

ابتدا جرم كالريمتر (m') را مشخص مي كنيم، سپس مقداري آب در داخل آن ريخته و جرم مجموعه را نيز مشخص مي كنيم، از تفاضل بين جرم كالريمتر و مجموعه جرم آب (m) بدست مي آيد.

مقداري آب به داخل بشر ريخته و فلز را نيز به داخل آن مي اندازيم و روي شعله مي گذاريم كه دماي آن افزايش يابد تا جايي كه با گذشت زمان دماي مجموعه يكسان بماند  قبل از درآوردن فلز از داخل بشر دماي آب داخل كالريمتر را اندازه مي‌گيريم.                        

سپس فلز را از داخل بشر با سرعت زياد برداشته و داخل آب كالريمتر مي اندازيم و به آرامي آب را به هم مي زنيم با گذشت حدودا دو دقيقه دماي مجموعه را اندازه گيري مي كنيم كه همان دماي تعادل  است. در اينجا با مشخص كردن جرم فلز (m'') مي توان گرماي ويژه (c) آن را حساب كرد. (در اين آزمايش دماي آب داخل كالريمتر يكسان است).

گرماي ويژه چند جسم:

آزمايش 6 :

30/8/86                      ساعت: 15:30-14

نام گروه آزمايش: گروه 1؛ مهدي سليماني، محمد زراعتكار، نادر جمشيدي، ولي ا... باغچقي.

عنوان آزمايش: تعيين گرماي نهان تبخير (LV)

وسايل و مواد آزمايش: گرماسنج- دماسنج- شعله- سه پايه فلزي و توري- ترازو- ارلن به همراه درپوش- شيلنگ.

تئوري آزمايش:

مقدار گرمايي است كه واحد جرم يك مايع مي گيرد تا بدون افزايش دما در فشار ثابت به بخار تبديل شود. بنابراين براي تبخير جرم m از يك مايع در نقطه جوش گرماي لازم برابر خواهد بود كه ما در آن QV بر حسب m, Cal بر حسب كيلوگرم و LV بر حسب

واضح است‌كه با توجه به رابطه فوق يكاهاي، همان يكاهاي  است. مثلا گرماي نهان گرماي نهان تبخير آب در فشار يك اتمسفر  است.

شرح انجام آزمايش:

ابتدا جرم گرماسنج كه خشك است و چيزي داخل آن نيست را اندازه مي گيريم. بعد مقداري آب سرد بداخل آن ريخته و جرم آن را اندازه گيري مي كنيم. بعد از تفاضل جرم اين دو جرم آب خالص بدست مي آيد. سپس بعد از چند لحظه دماي تعادل آب و گرماسنج  را اندازه مي گيريم. بعد بخار آب داخل ارلني كه روي شعله قرار مي دهيم و آب آن مي جوشد و توسط شيلنگي به داخل كالريمتر هدايت مي كنيم. پس از گذشت زمان دماي مجموعه را اندازه گيري مي كنيم. كه همان دماي تعادل است.  بعد جرم اين مجموعه را اندازه مي گيريم و مي توان جرم بخار وارد شده را نيز محاسبه كرد.

معادله و حالت تعادل:

آزمايش 7:

7/9/86                        ساعت 15:30-14

نام گروه آزمايش: گروه 1؛ مهدي سليماني، محمد زراعتكار، نادر جمشيدي، ولي ا... باغچقي.

عنوان آزمايش: تعيين گرماي نهان ذوب يخ ()

وسايل و مواد آزمايش: گرماسنج- مشعل- دماسنج- يك تكه يخ.

هدف از انجام آزمايش: تعيين مقدار گرماي لازم بريا m كيلوگرم يخ.

تئوري آزمايش:

گرماي نهان ذوب يخ  :مقدار گرمايي است كه واحد جرم يك جسم جامد مي‌گيرد تا بدون تغيير دما و فشار در نقطه ذوب خود از جامد به مايع تبديل شود. بنابراين براي ذوب جسمي به جرم m مقدار گرماي لازم برابر خواهد بود با .

 با يكاهاي  قابل اندازه گيري است. مثلا گرماي ويژه نهان ذوب يخ در فشار 1 اتمسفر برابر است با  يا  است. ذوب معمولا با افزايش حجم همراه است به استثناء موادي كه حالات انبساط غير عادي دارند مانند يخ، چدن، نقره، بيسموت و ... .

شرح انجام آزمايش:

در داخل كالريمتر سيني آب با دماي مشخص مي ريزيم يك تكه يخ صفر درجه با جرم مشخص را داخل آن مي اندازيم. به اندازه اي صبر مي كنيم تا تمام يخ موجود در گرماسنج ذوب شود و دماي آن به تعادل برسد. اين تعادل بين آب، يخ (كه ذوب شده است) و گرماسنج است. سپس با مطلوع بودن دماي تعادل مي توان گرماي نهان ذوب يخ را محاسبه كرد.

شرط تعادل گرمايي:

داده و محاسبات آزمايش:

 جرم كالريمتر                                         جرم كالريكتر به همراه آب

 جرم كالريمتر به همراه آب و يخ                 جرم يخ

 جرم آب سرد                                        A ظرفيت گرمايي گرماسنج

دماي يخ                                                 دماي آب

 دماي تعادل                                            گرماي نهان ويژه ذوب يخ

خلاصه آزمايش:

در مورد علل خطاها نيز مي توان اين چنين نوشت:

1- استفاده از ابزار خراب و نادرست.

2- نداشتن اطلاعات كافي از ابزار و وسايل آزمايشگاهي.

3- نداشتن اطلاعات در مورد نحوه انجام آزمايش.

4- اشتباه دانشجو در ثبت جرمها و دماها.

نتيجه گيري:

از اين آزمايش نتيجه مي گيريم كه هر جسم جامد هنگام ذوب شدن نياز به دمايي دارد كه اين دما همان  گرماي نهان ويژه ذوب است.

آزمايش8 :

21/9/86                                ساعت 15:30-14

نام گروه آزمايش: گروه 1؛ مهدي سليماني، محمد زراعتكار، نادر جمشيدي، ولي ا... باغچقي.

موضوع آزمايش: مدرج كردن دماسنج به روش سيلسيوس.

وسايل و مواد آزمايش: بشر- دماسنج بدون تقسيم بندي- يخ خالص- دستگاه توليد بخار يا آب جوش- شعله گاز- سه پايه فلزي- توري فلزي.

تئوري آزمايش:

براي مشخص كردن نقطه ثابت پاييني دماسنج، يك لوله آزمايش بسيار نازك يا در انتهاي آن مخزن جيوه يا الكل است را انتخاب مي كنيم. همانطور كه مي دانيم مايعات در اثر گرما حجمشان افزايش يافته در نتيجه در هنگام گرم شدن ارتفاع جيوه در لوله آزمايش بالا مي رود. البته بايد سطح آن نيز زياد شود اما جنس لوله طوري است كه انبساط سطحي آن ناچيز است و افزايش حجم بيشترين تاثير را بر روي ارتفاع دارد.

لوله محتوي جيوه را داخل تكه هاي يخ در حال ذوب قرار مي دهيم به طوري كه از يخ ها آب مي چكد چند دقيقه ديگر تا جيوه در لوله ثابت بماند سپس اين نقطه را با ماژيك علامت مي گذاريم. اين نقطه همان نقطه پايين دماسنج يعني صفر باشد. براي تعيين نقطه ثابت بالايي دماسنج را در محوطه بخار يك ظرف خالص پر از آب جوش آويزان مي كنيم مشاهده مي شود كه ارتباع جيوه در لوله بالا مي رود و تا جايي كه ديگر تغيير نكند اين نقطه همان نقطه جوش آب است كه برابر 100 مي باشد اين نقطه را نيز علامت مي گذاريم.

چرا بايد نقطه جوش آب خالص در فشار atm 1 باشد؟ چون فشار باعث بالا رفتن نقطه جوش مي شود.

چرا نقطه ذوب يخ خالص در فشار atm 1 باشد؟ همانطور كه فشار بر روي نقطه جوش آب تاثير مي گذارد بر روي نقطه ذوب يخ خالص نيز تاثير مي گذارد.

خلاصه هاي آزمايش:

1- عدم صحت و سلامت ابزار آزمايشگاهي

2- احتمال اشتباه دانشجو در خواندن اعداد و علامت گذاري.

آزمايش9 :

21/9/86                      15:30-14

نام گروه آزمايش: گروه 1؛ مهدي سليماني، محمد زراعتكار، نادر جمشيدي، ولي ا... باغچقي.

عنوان آزمايش: تعيين گرماي ويژه مايع به روش سرد كردن

وسايل و مواد آزمايش: بشر- لوله آزمايش- دماسنج- شعله گاز- توري نسوز- كرنومتر- آب الكل- سرپايه فلزي

تئوري آزمايش:

طبق قانون نيوتون، ميزان اتلاف حرارت در يك جسم مستقيما متناسب است با درجه حرارت جسم و محيط (يا به عبارتي تفاوت دماي جسم و محيط) و همچنين اين اتلاف حرارت به سطح جسم بستگي دارد قانون نيوتون را با فرمول مقابل مي توان نشان داد.

ملاحظه مي شود كه دماي جسم كه در حال سرد شدن است تابع لگاريتمي از زمان مي باشد مي توان به وسيله آزمايش منحني فوق را براي يك جسم پيدا كرد براي تعيين گرماي ويژه يك مايع به روش سرد كردن به دو طريق مي توان عمل نمود.

الف) اگر جرم دو مايع گرماي ويژه آنها  باشد براي اينكه گرماي دو ظرف از درجه حرارت به  برسد، هر يك به ترتيب  و  گرما از دست مي دهد و اگر  زماني باشد كه در طول آن به ترتيب مايع اولي و دمي از درجه  به  برسند مشروط بر اينكه سطح تتماس دو تابع و محيط تماس يكسان باشند بنا به قانون نيوتون رابطه زير برقرار است:

   و 

ب) اگر منحني سرد شدن دو مايع را به وسيله آزمايش رسم كنيم و در يك درجه حرارت خطي مواردي محور زان رسم كنيم تا منحني ها را در نقاط Q,P قطع نمايد. گرماي ويژه از رابطه زير بدست مي آيد:

كه  و  به ترتيب ضريب زاويه هاي خطوط مماس بر منحني بر نقاط Q,P هستند اگر يكي از دو مايع آب باشد  بوده و به سادگي مي توان  را محاسبه كرد حال اگر از نقاط Q,P دو خط به موازات محور دما رسم كنيم تا محور زمان را  در زمان هاي  قطع نمايد با معلوم بودن رابطه  به كمك رابطه (1) مي توان  را به سادگي بدست آورد و نتيجه اينكه به طريق قبل گفته شد مقايسه كرد.

شرح كار و نحوه انجام آزمايش:

لوله هاي آزمايش را خشك كرده هر يك را جداگانه توزين كنيد. براي خشك كردن لوله ها بهتر است آنها را با مقداري الكل شس و در مسير جريان هوا قرار دهيد. در يكي آب و در ديگري مايع مورد آزمايش (الكل) به ارتفاع مساوي بريزيد و دوباره آنها را وزن كنيد از نظر توزين لوله آزمايش محتوي مايع اشكال دارد بهتر است هر يك از لوله هاي آزمايش و بشر را با هم وزن كنيد. تا وزن آب و مايع بدست آيد، سپس دو لوله آزمايش را مطابق شكل در بشر قرار دهيد و آن را به وسيله گيره با پايه اي محكم كنيد. براي جلوگيري از شكست لوله ها سعي كنيد كه گيره ها مستقيما با لوله تماس پيدا نكند براي اين كار مي توانيد از مقداري كاغذ استفاده كنيد و در هر لوله يك ترمومتر قرار دهيد. آب داخل بشر را به وسيله چراغ گرم كنيد و با هم زن آن را بهم بزنيد تا دماسنج يك دما مثلا 46 را نشان دهند در اين موقع مايع را يادداشت كنيد. موقعي كه تغييرات درجه حرارت كم است مي توان فاصله زماني خواندن دماسنج را زياد كرد.

دماسنج ها را آويزان كنيد به طوري كه با بدنه لوله ها تماس نداشته باشند در بشر آن قدر آب بريزيد تا دو مايع در آب قرار گيرند. آب داخل بشر برسد (حداكثر 46) دقت كنيد. دماسنج ها بايد يك درجه حرارت را نشان دهند. نتيجه اندازه گيري را در جدول در يك دستگاه مختصات منحني سرد شدن دو مايع را رسم كنيد با ذكر مقياس و واحد (با توجه به آنچه كه گفته شد گرماي ويژه الكل را هم از طريق رسم مماس بر منحني ها رابطه 3) و هم با استفاده از رابطه (1) بدست آورده و نتايج را با هم مقايسه مي كنيم.

داده ها و اطلاعات آزمايش:

آزمايش10 :

تاريخ 28/9/86                        ساعت 15:30-14

نام گروه آزمايش: گروه 1؛ مهدي سليماني، محمد زراعتكار، نادر جمشيدي، ولي ا... باغچقي.

موضوع آزمايش: اندازه گيري ضريب انبساط حجمي مايعات

وسايل و مواد آزمايش: شيشه مخروطي كوچك مدرج- بشر- شعله و سه پايه- آب و ترازو.

ضريب انبساط حجمي ():

بنابر تعريف اندازه تغيير حجم واحد حجم را به ازاء يك درجه حرارت را ضريب انبساط حجمي مي گويند. به عبارت ديگر ضريب انبساط حجمي هر جسم برابر است با خارج قسمت تغيير حجم نسبي  بر تغيير دما dT يعني يكاي نيز  و  مشتق حجم نسبت به دما است.

نيز خود تابعي از دما و در دماهاي مختلف ثابت نيست لذا براي گسترده محدودي از دما مقدار متوسط آن به صورت زير تعريف مي شود.

تذكر: از نقطه نظر كلي انبساط مايعات مشابه جامدات است اما ضريب آنها بزرگتر از ضريب انبساط جامدات است و ضمنا در مورد مايعات با توجه به اينكه خود ظرف هم انبساط مي يابد مي توان نوشت:

     ضريب انبساط ظرف- ضريب انبساط حقيقي مايع ضريب انبساط ظاهري مايع

شرح آزمايش:

ابتدا جرم پيكنومتر را اندازه گيري مي كنيم، سپس پر از آب كرده و دوباره وزن مي كنيم. حجم پيكنومتر بر روي آن نوشته شده است كه همان حجم آب است. اين آب در دماي ْ20 قرار ارد. براي مشخص كردن ميزان انبساط و تغيير جرم در دماهاي مختلف آن را درون بشر پر از آب گذاشته و بشر را روي شعله قرار مي دهيم. در دماهاي مختلف 30 ،60 ،90 جرم پيكنومتر را اندازه گيري مي كنيم اختلاف جرم نشان دهنده منبسط شدن آب در دماي مختلف است كه هر چه دما بيشتر باشد ميزان انبساط هم به مراتب بيشتر خواهد بود و مي توان با استفاده از اين داده ها ضريب انبساط حجمي مايعات (آب) را محاسبه كرد.

آزمايش11 :

تاريخ : 5/10/86                      ساعت 15:30-14

نام گروه آزمايش: گروه 1؛ مهدي سليماني، محمد زراعتكار، نادر جمشيدي، ولي ا... باغچقي.

موضوع آزمايش: قانون بويل ماريوت

وسايل و مواد آزمايش: دماسنج- ارلن- مشعل- خط كش- دستگاه تحقيق قانون عمومي گازها.

تئوري آزمايش:

در دماي ثابت، فشار گاز با حجم گاز رابطه اي عكس دارند.

 ثابت = T

 قانون بويل ماريوت

گاز كامل: به گازي گفته مي شود كه مولكولهاي آن بر يكديگر تاثير ندارند و معادله حالت آن به صورت  مي باشد و ويژگي هاي زير است:

1- نيروي بين مولكولي يا انرژي پتانسيل مولكول هاي گاز صفر بوده و مولكولها فقط داراي انرژي جنبشي مي باشند.

2- برخورد بين مولكولهاي گاز كاملا الاستيك باشد.

3- توزيع سرعت مولكول مستقل از زمان باشد. به عبارت ديگر در هر لحظه از زمان تعداد مولكولهايي از آن كه سرعت مشخص دارند ثابت است.

قانون گازها:

گاز كامل‌ايده‌ال: چگالي گاز كم فاصله مولكولها زياد برهم كنش مولكولها كم.

1- اگر در ضمن يك تحول دماي جرم معيني از گاز ثابت بماند (يعني دماي ابتدا و دماي انتهاي تحول يكي باشد) تحول را ايزوترم و يا تكوما مي گويند براي چنين تحولي خواهيم داشت:

يعني براي هر تحول ايزوترم گاز كامل حاصلضرب فشار در حجم گاز مقداريست ثابت.

2- اگر در ضمن يك تحول فشار معيني از گاز ثابت بماند تحول ايزوبار با تك فشار مي گويند. براي چنين تحولي داريم:

مقدار ثابتو يا بطور كاملچون 

3- اگر در ضمن تحول حجم، جرم معيني از گاز ثابت بماند تحول را ايزولوم يا تك حجم مي گويند. خواهيم داشت:

مقدار ثابتو يا بطور كاملچون 

شرح آزمايش:

ابتدا دو طرف ستون هاي جيوه هم سطح نموده و ارتفاع فضاي خالي از جيوه كه داراي يك گاز كامل است در ستون سمت چپ را اندازه مي گيريم در حالت دوم بخار آب را از طريق شيلنگ رابط بين ارلن و دستگاه متصل كرده منتظر مي مانيم تا حجم گاز درون ستون سمت چپ افزايش يافته و فشار كاهش يابد در اين آزمايش اختلاف دو سطح ستون هاي جيوه را ثبت مي كنيم. در حالت بعدي ستون سمت راست را پايين آورده تا اختلافي بين دو سطح ستون جيوه برقرار شود.

بديهي است كه در اين حالت هر چه ميزان اين اختلاف بيشتر باشد، با افزايش فشار و كاهش حجم روبه رو خواهيم شد. با استفاده از قوانين شارل گيلوساك و بويل ماريوت تغييرات حجم فشار را در حالت هاي مختلف را مي توانيم مشاهده كنيم.

داده ها و محاسبات آزمايش:

قانون بويل ماريوت 

تذكر: فشار در اين حالت بايد ثابت باشد.

قانون شارل گيلوساك:

نتيجه گيري:

با توجه به اعداد به دست آمده مي توان نتيجه گرفت كه قانون بويل ماريوت كاملا درست است. حاصلضرب فشار در حجم در تمام حالات يكسان است.

نظر دانشجو:

در مورد علل خطاي موجود مي توان اين چنين ذكر نمود:

1- عدم استفاده از وسايل آزمايشگاهي مناسب و استاندارد.

2- احتمال خطا در وسايل مناسب و استاندارد.

3- احتمال خطاي دانشجو در انجام صحيح آزمايش و يا خواندن اعداد روي دماسنج.