Prog. "Lauree Scientifiche"   Mirella Rafanelli

Pressione/massa del gas

Scopo

Si verifica la relazione di proporzionalità  tra pressione e massa  dell’aria racchiusa in una bottiglia  mantenuta a temperatura ambiente

Apparecchiatura e montaggio

  - Sensore di pressione Vernier (Gas Pressure Sensor) 

-  siringa da 20 cm³ (in dotazione)

-   tappo di gomma a tenuta con due aperture predisposte per inserire gli altri componenti (in dotazione)

- tubo  flessibile  di 40 cm circa  (in dotazione)

-  rubinetto  a due vie (in dotazione)

- Bottiglia (preferibilmente  da 1/2 l da acqua minerale) con apertura tale da potervi forzare  il tappo di gomma.

LabPro + PC con programma Logger Pro 3

Il LabPro va alimentato e collegato al PC con il cavo Usb. Si collega il sensore di pressione, attraverso il cavetto adattatore, al canale CH1 del LabPro.

Le due  estremità del  tubo  flessibile  vengono   avvitate  rispettivamente  ad  una delle aperture del tappo di gomma ed   al sensore di pressione. La levetta blu del rubinetto  a tre vie che regola l'entrata al sensore deve stare per tutta la durata della misura  in direzione perpendicolare al tubicino.

Il rubinetto  a due vie viene inserito da una parte  alla seconda apertura del tappo e dall'altra alla siringa.

La siringa verrà usata per spingere aria a 20 cm³ per volta all'interno della bottiglia. Il rubinetto viene  aperto mentre si preme il pistone in modo che  l'aria  contenuta nella siringa venga forzata nella bottiglia. Poi si chiude il rubinetto, si toglie la siringa, la si riempie di aria  e la si collega di nuovo  al rubinetto per ripetere l'operazione. 

NOTA: La stessa apparecchiatura , con in più una bilancia con sensibilità 0,001 g (prestata dal laboratorio di chimica) é stata usata per misurare la densità dell'aria.   Inserendo ripetutamente aria e misurando ogni volta l'aumento della massa della bottiglia  (+tubicini, sensore ecc )  si è potuto verificare che in media 20 cm³ di aria corrispondevano a 0,02 g. Nel resto dell'esperienza si è dato per acquisito che l'aria avesse una densità di 0,001 g/cm³

Esecuzione

 Si avvia il programma Logger Pro. Il sensore di pressione non appartiene a quelli che il programma riconosce automaticamente (AUTO ID) perciò nella schermata che  si apre le coordinate degli assi sono semplicemente Y/X. Una volta eseguito il procedimento per impostare il sensore il sistema si predispone ad effettuare una misura Pressione /tempo

Per noi è necessario  invece rilevare la  pressione in funzione della massa di gas racchiuso nella bottiglia perciò dobbiamo anche  cambiare modalità di acquisizione

Si nota che accanto al tasto Misura ! è comparso un tasto Prendi : questo significa che dovremo inserire punto per punto il valore della massa  mentre la pressione sarà acquisita automaticamente all'apposito comando

Se si vuole inserire una scala più opportuna per visualizzare il grafico, senza aspettare il completamento della misura , si può impostare manualmente la scala degli assi

Si esegue l'acquisizione  seguendo le indicazioni fornite dal programma per la Misura con Input del programma.

Si effettua la prima acquisizione con il rubinetto della bottiglia aperto e senza siringa, in md da essere certi che la pressione è quella atmosferica e la massa di aria contenuta è circa 0.5 g.  Perciò questo è il primo valore che digitiamo nella finestra che si apre.

Compare il primo punto del grafico. Eseguiamo puntualmente le operazioni descritte nel montaggio dell'esperienza per aggiungere aria nella bottiglia ed ogni volta clicchiamo sul tasto PRENDI e digitiamo la massa di aria aumentata di o.02 g.

Introdurre aria diventa progressivamente più difficile, ma se il tappo è stato ben inserito e l'insieme ha una buona tenuta si può procedere finoa ad avere 10/20 punti sperimentali. Per terminare l'acquisizione clicchiamo sul tasto STOP

Visualizziamo al meglio i nostri punti

Da menu ANALISI-FIT LINEARE

si ottiene l'equazione di una retta con intercetta  che non coincide esattamente con l'origine.

Questo risultato può essere oggetto di una utile discussione.

Dal menu ANALISI- FIT CURVILINEO si può  usare l'opzione DEFINISCI FUNZIONE ed imporre una equazione del tipo

y=Am

Scegliendo  una scala che includa l'origine si osserva chiaramente che la pressione all’aumentare della massa diventa gradatamente minore rispetto a quella prevista teoricamente, per presumibili perdite nella  tenuta del sistema

APPROFONDIMENTI: La discussione dell'esperienza, compresa la parte della misura della massa del gas che viene via via introdotto nella bottiglia, è molto istruttiva. Un ulteriore approfondimento se si ripete l'esperienza in IV, quando si riprende  la teoria  dei gas perfetti, può essere dedicato al significato della costante di proporzionalità, alla sua relazione con la temperatura, con il numero di moli e con la composizione dell’aria.