Teach-lektion
Gasens tryck och volym: liten kapsel, stort tryck
Experimentera med en idealgasmodell för att dimensionera en förseglad provkammare och tillämpa sedan sambandet på ett nytt fall. Behandlar Boyles lag. Endast i webbläsaren: inget labb eller klassrumsmaterial.
Logga in med ett lärarkonto för att förbereda ett klasspass. Eleverna går med via en klasskod.
Ny på LabsLand? Skapa ett lärarkonto
Lärandemål
Använda en idealgasmodell för att förutsäga hur trycket ändras när volymen ändras vid konstant temperatur.
Stödja ett samband mellan tryck och volym med utvalda avläsningar från modellen.
Välja och motivera en konstruktion som uppfyller flera numeriska villkor.
Tillämpa sambandet på en ny startpunkt och beskriva vad en modell inte kan visa om verkliga gaser.
Förhandsvisning av elevaktiviteten
Aktivitetens innehåll
Endast förhandsvisning. Under ett klasspass kan eleverna fylla i svar och lämna in sitt arbete till läraren.
Uppdraget
Textversion av undersökningen
En forskningsdrönare ska ta hem ett förseglat luftprov, men kammaren är för stor för drönarens returfack. Hitta den minsta volymen i hela milliliter som uppfyller uppdragets tryckregler.
Alla värden i den här lektionen kommer från en idealgasmodell. Inget här är uppmätt med riktig utrustning. Du kan experimentera med modellen och använda den för att fatta ett beslut, men dess värden kan inte visa att verkliga gaser följer den regel som modellen bygger på.
Den här versionen har samma frågor som den interaktiva och fungerar utan grafik. Svara på varje fråga innan du läser vidare: inget på sidan hindrar dig från att läsa i förväg, och din lärare kan se att du använde den här versionen.
1. Förutsäg innan du observerar
3 min
Den förseglade kammaren börjar på 60 mL och 100 kPa absolut tryck. Ett värmehölje håller gasen vid 293 K (cirka 20 °C).
Första förutsägelsen
Vilket tryck förutsäger du vid 30 mL? Varför? Förklara vad det kan ändra att volymen halveras.
Rättvist försök
Vilken uppställning isolerar volymens effekt?
Kontrollera din uppställning
Håll förseglingen stängd och temperaturen konstant. Om ventilen öppnas ändras gasmängden; om gasen värms ändras temperaturen. Båda skulle hindra dig från att isolera volymens effekt.
2. Testa din idé rättvist
4 min
Värden från idealmodellen, beräknade och inte uppmätta
Välj minst fyra avläsningar, bland dem 60 mL och 30 mL, som ger dig två lika stora volymsteg. Skriv in dem i tabellen.
- 60 mL → 100,0 kPa
- 55 mL → 109,1 kPa
- 50 mL → 120,0 kPa
- 45 mL → 133,3 kPa
- 40 mL → 150,0 kPa
- 35 mL → 171,4 kPa
- 30 mL → 200,0 kPa
Det här är stabila värden för en bestämd mängd gas vid 293 K. Vid en snabb verklig kompression kan gasen bli varmare en kort stund; det visar inte den här modellen.
Dina avläsningar från modellen (idealmodell, inte uppmätt)
Skriv in avläsningarna du valde, en per rad. Lämna de andra raderna tomma.
| Volym mL | Modellens tryck kPa |
|---|---|
Två lika stora steg
När volymen minskar i två lika stora steg, hur mycket stiger trycket i varje steg? Vad säger det om din förutsägelse?
3. Från mönster till förutsägelse
4 min
Föreslaget samband
Vilken storhet tror du är konstant?
Ditt stöd för sambandet
Stöd ditt samband med två registrerade observationer.
Förutsägelse vid 24 mL
Använd ditt samband: vilket tryck förutsäger du vid 24 mL, utanför de volymer du har testat?
Förklaring med partiklar
Varför stiger trycket vid samma temperatur?
Kontrollera ditt resonemang
Vid 24 mL ger modellen 250 kPa: P × V förblir 6000 kPa·mL för samma gasmängd och temperatur. P + V ändras (100 + 60 = 160, 200 + 30 = 230), och det gör även P ÷ V.
Partiklarna träffar varje del av väggen oftare. De krymper inte, och vid konstant temperatur behåller de samma medelfart.
Trycket här är absolut tryck: mätt från vakuum, inte från den omgivande luften.
4. Hur långt ner kan du gå?
4 min
Välj den minsta volymen i hela milliliter som uppfyller alla tre reglerna. Gränserna hör till den här påhittade konstruktionsutmaningen.
- Provfacket rymmer högst 40 mL.
- Gränsen för absolut tryck är 180 kPa.
- Lämna minst 10 kPa marginal under den gränsen.
Beräkna P = 6000 ÷ V och sedan marginalen = 180 − P. Spara varje försök i dina anteckningar.
Din volym
Vilken är den minsta volymen i hela milliliter som uppfyller alla tre reglerna?
Varför en mindre volym inte fungerar
Varför skulle en mindre volym i hela mL inte fungera? Använd siffrorna från den här utmaningen.
Kontrollera din konstruktion
36 mL ger 166,7 kPa och 13,3 kPa marginal. 35 mL ger 171,4 kPa och bara 8,6 kPa marginal. Det här är konstruktionsregler för klassrummet, inte en säkerhetscertifiering av någon utrustning.
5. Vad modellen kan och inte kan säga dig
2 min
Du använde ett omvänt proportionellt samband för att fatta ett beslut. Modellen byggdes med P × V konstant, så när du experimenterade med den kunde du inte pröva den regeln mot en verklig gas. Det kan en riktig spruta. Din lärare kan ge dig lektionen om Boyle i LabsLand, där du arbetar med inspelade mätningar från riktig utrustning.
Reflektion
Vilken observation skulle få dig att tvivla på den här modellen? (Valfritt)
En sista fråga
3 min
Den här frågan handlar om en riktig spruta, inte om modellen. Den har inga ledtrådar och ingen automatisk återkoppling. Din lärare läser ditt resonemang.
En riktig spruta börjar på 86 kPa med 60 mL innesluten luft, vid konstant temperatur.
Förväntad avläsning vid 30 mL
Vilken avläsning förväntar du dig vid 30 mL?
Förväntad avläsning vid 45 mL
Vilken avläsning förväntar du dig vid 45 mL?
Ditt resonemang
Förklara hur du kom fram till de här avläsningarna.
Gör förhandsvisningen till ett klasspass
Fortsätt till LabsLand Teach för att använda lektionen med eleverna och granska kontots åtkomst.
Ny på LabsLand? Skapa ett lärarkonto