Pelajaran Teach
Hukum Gay-Lussac: tekanan dan suhu daripada larian gas sebenar
Murid menggunakan makmal jauh Gay-Lussac UNED untuk menguji sama ada tekanan berkadar terus secara anggaran dengan suhu mutlak apabila isi padu tetap.
Kali pertama menggunakan LabsLand? Cipta akaun guru anda
Hasil pembelajaran
Menggunakan pemerhatian sebenar daripada makmal jauh Gay-Lussac untuk mengumpul bukti tekanan-suhu.
Menukar suhu Celsius kepada kelvin sebelum menggunakan nisbah hukum gas.
Mengira P/T(K) bagi baris rujukan terpilih dan menilai sama ada nilainya hampir malar.
Membina atau menghuraikan graf tekanan lawan suhu(K) daripada data sebenar.
Menjelaskan mengapa pengekstrapolan daripada julat data sebenar yang sempit tidak wajar diberi dakwaan berlebihan.
Menulis kesimpulan dakwaan-bukti-penaakulan tentang hubungan tekanan-suhu.
Pratonton aktiviti pelajar
Kandungan aktiviti
Pratonton sahaja. Dalam sesi kelas, pelajar boleh mengisi jawapan dan menyerahkan hasil kerja mereka kepada guru.
Ramalkan pola tekanan-suhu
8 min
Bayangkan gas terperangkap di dalam bekas tegar. Apabila gas dipanaskan, zarahnya bergerak lebih pantas lalu melanggar dinding dengan lebih kerap dan lebih kuat. Oleh sebab bekas tidak dapat mengembang, perlanggaran itu boleh meningkatkan tekanan.
Hukum Gay-Lussac mengubah idea itu menjadi model: jika jumlah gas dan isi padu kekal tetap, tekanan meningkat dengan suhu mutlak. Dalam makmal, anda akan memerhatikan larian pemanasan etanol sebenar dan menentukan sama ada data mengikut pola itu. Anda akan bermula dengan model ringkas yang menganggap jumlah gas tetap, kemudian mempertimbangkan mengapa sampel dan penderia sebenar mungkin tidak menghasilkan perkadaran yang sempurna.
Laluan anda ialah memerhatikan tekanan dan suhu, menukar Celsius kepada kelvin, membandingkan nisbah P/T(K), membina graf dan menulis kesimpulan yang dibataskan oleh bukti.
Idea utama untuk aktiviti ini:
- Tekanan menunjukkan sekuat mana gas menolak dinding bekas. Makmal melaporkannya dalam kilopascal (kPa).
- Suhu direkodkan dalam darjah Celsius, tetapi nisbah hukum gas menggunakan kelvin (K) kerana skalanya bermula pada sifar mutlak. Contohnya, 24 °C bersamaan 297.15 K. Gunakan T(K) = T(°C) + 273.15.
- Perkadaran terus bermaksud dua kuantiti berubah bersama-sama sambil mengekalkan nisbah yang hampir malar. Jika tekanan berkadar terus dengan suhu mutlak, P/T(K) sepatutnya berubah sangat sedikit.
- Pada graf tekanan lawan suhu dalam kelvin, suhu diletakkan pada paksi mengufuk dan tekanan pada paksi menegak. Pola menaik yang hampir lurus menyokong model dalam julat yang diukur; pola itu tidak membuktikan bahawa model berfungsi sama pada setiap suhu.
Susunan sebenar Gay-Lussac
Video makmal menunjukkan susunan isi padu tetap dan paparan tekanan/suhu. Makmal merekodkan satu siri tekanan-suhu penuh bagi larian ini.
Model yang akan diuji
\frac{P}{T_K} \approx \text{malar}
\qquad
T_K = T_C + 273.15
Sebelum membuka makmal, ramalkan perkara yang akan berlaku apabila suhu meningkat daripada kira-kira 24 °C kepada 44 °C. Tulis tiga idea ringkas: (1) sama ada tekanan akan meningkat, menurun atau kekal sama; (2) bagaimana isi padu tetap dan perbandingan suhu dalam kelvin mempengaruhi ramalan anda; dan (3) mengapa data sebenar mungkin tidak mengikut model dengan tepat.
Mengapakah aktiviti ini menggunakan suhu kelvin dalam nisbah hukum gas?
Gunakan makmal satu sampel dengan teliti
10 min
Makmal Gay-Lussac menunjukkan satu larian pemanasan bagi sampel etanol. Larian itu memadai untuk analisis tekanan-suhu yang kukuh. Tugas anda ialah memerhatikan larian, menggunakan baris yang disertakan, menyemak unit dan menilai model.
Aliran kerja makmal
Aktiviti ini menggunakan satu siri tekanan-suhu bagi sampel etanol #1.
Buka makmal Gay-Lussac
Buka makmal Gay-Lussac menggunakan butang makmal dalam aktiviti ini. Antara muka laluan
ms-MYmungkin dipaparkan dalam bahasa Sepanyol atau Inggeris.Jika makmal tidak dibuka pada klik pertama, gunakan pautan
Open the lab again.Dalam tab 2 - Configuración, di bawah Elige el entorno general, pilih satu-satunya sampel yang tersedia: 0.014 moles ethanol #1 dengan sublabel 0.014 moles #1.
Tekan Comenzar a observar. Dalam tab 3 - Observación, perhatikan video Vista principal serta paparan tekanan dan suhu sepanjang larian pemanasan.
Gunakan jadual data aktiviti untuk bekerja dengan baris yang tersebar sepanjang larian.
Semak cara tekanan dan suhu meningkat, kemudian gunakan baris yang disertakan untuk mengira nisbah.
Rancangan manakah membina jadual yang berguna untuk larian Gay-Lussac ini?
Bina jadual data rujukan
16 min
Gunakan sekurang-kurangnya enam baris yang tersebar sepanjang larian pemanasan. Baris di bawah datang daripada larian Gay-Lussac yang sama dengan pemerhatian dalam makmal, jadi jangan ubah sampel, jumlah gas atau isi padu.
Jadual bukti tekanan-suhu
Gunakan baris yang disertakan daripada larian ini. Lajur kelvin telah disediakan supaya anda dapat menyemak penukaran dan mengira P/T(K). Kekalkan angka bererti yang mencukupi untuk menilai pola.
| Baris data atau nota masa | Suhu C | Suhu K | Tekanan kPa | P/T(K) kPa/K | Nota pemerhatian |
|---|---|---|---|---|---|
Semak jadual anda. Apakah julat suhu dan julat tekanan yang diliputi oleh baris anda, dan bagaimanakah anda memastikan Celsius dan kelvin tidak dicampurkan dalam pengiraan yang sama?
Gunakan satu baris berhampiran 30.8 °C dan 90.0 kPa untuk mengira P/T(K). Tunjukkan penukaran Celsius kepada kelvin dalam penerangan. Dalam medan angka, masukkan nombor perpuluhan dengan titik, contohnya 0.296.
Plot hubungan
14 min
Bina graf tekanan lawan suhu(K) daripada jadual anda. Gunakan graf anda sendiri untuk menentukan sama ada hubungan itu hampir linear; anda tidak perlu mengetahui hasilnya sebelum memplot.
Sediakan graf
Gunakan panduan ini untuk menyemak paksi, unit dan sebaran baris sebelum mentafsir titik anda.
Bukti graf tekanan-suhu
Lampirkan graf, fail hamparan, pautan atau rujukan teks/imej yang jelas, dengan tekanan pada paksi menegak dan suhu dalam kelvin pada paksi mengufuk. Rujukan teks boleh diterima jika menyatakan titik data yang digunakan, kedua-dua paksi, unit dan pola. Graf mesti menggunakan baris jadual, bukan data contoh yang direka.
Huraikan artifak graf yang dilampirkan atau dirujuk. Nyatakan paksi-x, paksi-y, unit, sumber data dan sama ada titik kelihatan hampir linear.
Gunakan graf anda untuk menentukan sama ada tekanan berkadar terus secara anggaran dengan suhu mutlak dalam larian ini. Nyatakan sekurang-kurangnya dua bukti: bentuk, arah kecerunan, nilai P/T, R² (jika ditunjukkan oleh alat graf) atau sebarang hanyutan sistematik atau serakan.
Elakkan dua dakwaan berlebihan yang lazim
10 min
Dua kesilapan lazim dalam makmal ini ialah menggunakan Celsius dalam nisbah hukum gas dan menganggap pola data sebenar yang pendek sebagai bukti sempurna tentang sifar mutlak.
Amaran penukaran kelvin
P/T hanya mempunyai makna dalam hukum gas apabila T ialah suhu mutlak. Nisbah Celsius berhampiran suhu bilik bukan pengganti yang sah.
Jika anda menggunakan 30.8 °C pada penyebut, bukannya 303.95 K, apakah yang berlaku kepada nisbah P/T?
Padanan data rujukan penuh sangat linear dalam julat kira-kira 24–44 °C, tetapi pengekstrapolan garis lurus itu (memanjangkan garis jauh melampaui titik yang diukur) mencapai tekanan sifar sekitar −210 °C, bukannya −273 °C. Mengapakah kesimpulan sekolah menengah tidak wajar mendakwa bahawa satu larian ini membuktikan sifar mutlak dengan tepat?
Tulis dakwaan saintifik
10 min
Gunakan jadual, pengiraan nisbah, graf dan perbincangan batasan untuk menulis dakwaan akhir.
Tulis kesimpulan dakwaan-bukti-penaakulan sebanyak 6–8 ayat. Sertakan: dakwaan tentang tekanan dan suhu mutlak, dua butiran bukti berangka, sebab kelvin diperlukan, dan satu batasan data makmal sebenar.
Jika anda menerangkan makmal ini kepada murid yang lebih muda, apakah perbezaan antara “data menyokong hukum Gay-Lussac” dengan “data adalah sempurna”?
Lanjutan pilihan: hubungkan model hukum gas
12 min
Jika kelas anda telah mempelajari hukum Boyle atau hukum Charles, bandingkan perkara yang dikekalkan dalam setiap hukum.
Bandingkan hukum Gay-Lussac dengan satu hukum gas lain. Bagi setiap hukum, kenal pasti pemboleh ubah bergerak balas, pemboleh ubah dimanipulasikan dan pemboleh ubah dimalarkan.