Naturvidenskabeligt eks_rettet - martin theill johansen

Idealgasloven
- Et naturvidenskabeligt eksperiment -
© Martin Johansen – 1.u
TGV
Forsøgene er udført i ugerne op til uge 50, år 2000
Rapporten afleveret d. 13. december 2000
Genafleveret i fysik d. 7. februar 2001
Øvrige gruppemedlemmer: Allan H. og Søren

Formål:
Et naturvidenskabeligt eksperiment
Vi skulle på grundlag af nogle forsøg udført i kemi og fysik undersøge idealgasloven og
sammenhængen i den. I kemi har vi lavet tre forsøg. Et omkring lightergas, magnesiums molare
masse og et omkring gasudvikling fra natron.
I fysik har vi lavet to forsøg. Et omkring Boyle-Mariottes lov og et omkring det absolutte nulpunkt.
Teori:
I kemi bruges denne teori:
p × V = n × R × T
- Idealgasloven
p = trykket – målt i bar
V = volumen – målt i liter
n = stofmængden – målt i mol
L × bar
R = gaskonstanten - 0,0831
mol × K
K = temperatur - målt i Kelvin
n =
m
M
m
M =
n
- Definitionsligningen for molar masse
g
M= molare masse – målt i
mol
m = masse – målt i g
n = stofmængde – målt i mol
Side 2 af 21
Martin Johansen – 1.u
TGV
I fysik bruges denne teori:
p × V = n × R × T
- Idealgasloven
p = trykket – målt i Pa
V = volumen – målt i M 3
n = stofmængden – målt i mol
3
Pa×
M
R = gaskonstanten - 8,31
mol × K
K = temperatur - målt i Kelvin
p × V =
konst
- Boyle-Mariottes lov
For at omregne trykket på vægten til Newton:
F = 9,
82N
× m
kg
F = Newton = kg x m/s 2
m = massen målt i kg
For at beregne trykket:
F
ρ =
A
p = trykket målt i Pa
F = Newton = kg x m/s 2
A = arealet malt I m 2
For at beregne arealet af en cirkel:
A =
2
π × r

Et naturvidenskabeligt eksperiment
Delforsøg 1 i kemi – Bestemmelse af lightergas’ molare masse:
Formål:
Formålet med forsøget er at finde den molare masse af lightergas, og dermed at kunne fastslå
hvilken type gas det er!
Teori:
De fleste lightere er fyldt med gassen butan. Nogle er dog fyldt med blandede gasser, men
stadigvæk er butan den meste forekomne gas! For at kunne fastslå gassens art kan
idealgasligningen bruges!
Anvendt udstyr og brugte materialer:
1 lighter 250 ml. måleglas
balje m. vand vægt
(termometer og barometer)
Sikkerhed og risici:
Det er yderst vigtigt at dette forsøg foregår i stinkskab, da det jo er gas man arbejder med!
Samtidig er det også vigtigt, at sørge for, at der ingen antændelseskilder tilstede!
Når man vender måleglasset, er det også vigtigt at stinkskabet er næsten tillukket!!
Opstilling:
Fremgangsmåden:
• Lighteren vejes.
• En balje med vand fyldes og måleglasset fyldes helt med vand. Der må ikke være
luftlommer i!
• Cirka 250 ml gas lukkes ud i måleglasset, som foregår i stinkskab!
• Det nøjagtige tal aflæses, og lighteren tørres godt og grundigt med lufthanen da det kan
give en stor vægtfejl!
• Lighteren vejes igen – og forskellen noteres.
Side 3 af 21
Martin Johansen – 1.u
TGV

Resultater:
For forsøg 1
Et naturvidenskabeligt eksperiment
Vægten af lighteren Aflæst ml. gas Temp. i °C Barometerstand
før efter vægttab
15,0078 g 14,5097 g 0,4981 g 230 ml 20 °C 1007,5 mb
Med idealgasloven kan vi beregne molmassen af gassen:
× V
n =
R × T
ρ
p = 1007,5 mb ~ 1,0075 bar
V = 230 ml ~ 0,230 l
L × bar
R = gaskonstanten - 0,0831
mol × K
K = 20 °C + 273 °C ~ 293 K
Forklaring til udregning:
Vores noterede tal omregnes til tal, som kan puttes ind i idealgasloven.
- Trykket omregnes fra millibar til bar ved at dividere med tusind.
- Volumen omregnes fra milliliter til liter ved at dividere med tusind.
- Temperaturen omregnes fra °C til °K ved at lægge 273 °C til!
Disse tal sættes ind i ligningen og et delresultat er fundet. Dernæst findes molmassen ved at
dividere vægttabet med den fundne molmasse.!
For forsøg 2
Vægten af lighteren Aflæst ml. gas Temp. i °C Barometerstand
før efter vægttab
14,5097 g 13,9704 g 0,5393 g 232 ml 20 °C 1007,5 mb
Med idealgasloven kan vi beregne molmassen af gassen:
× V
n =
R × T
ρ
p = 1007,5 mb ~ 1,0075 bar
V = 232 ml ~ 0,232 l
L × bar
R = gaskonstanten - 0,0831
mol × K
K = 20 °C + 273 °C ~ 293 K
Forklaring til udregning:
Se forrige forsøg!
1,
0075bar×
0,
23L
n =
= 0,
009517mol
L × bar
0,
0831 × 293K
mol×
K
0,
4981g
g
M =
= 52,
337
0,
009517mol
mol
1,
0075bar
× 0,
232L
n =
=
L × bar
0,
0831 × 293K
mol × K
0,
5393g
g
M =
= 56,
178
0,
0096mol
mol
Side 4 af 21
Martin Johansen – 1.u
TGV
0,
0096mol

Resultatbehandling:
Et naturvidenskabeligt eksperiment
For at kunne fastslå hvilken type gas, det var som befandt sig i lighteren, er det nødvendigt at
vide hvilken molarmasse de forskellige typer alkaner har.
Det har jeg udregnet fra det periodiske system!
Fx CH4: 12,01 + 4 x 1,008 =16,042 g/mol.
Gas: CH4 C2H6 C3H8 C4H10 C5H12
Molmassen (g/mol) 16,042 33,068 44,094 58,12 72,146
Afvigelse for forsøg 1 36,30 19,27 8,24 -5,78 -
Afvigelse for forsøg 2 40,14 23,11 12,08 -1,94 -
Gennemsnitlig afvigelse 38,22 21,19 10,16 -3,86 -
Konklusion:
Den alkan vi kom tættest på var gassen butan, hvilket ikke er vildt overraskende da næsten alle
lightere kun indeholder butan, eller i hvert fald udgør langt størstedelen af indholdet!
Side 5 af 21
Martin Johansen – 1.u
TGV

Et naturvidenskabeligt eksperiment
Delforsøg 2 i kemi – Magnesiums molare masse:
Formål:
Gennem et forsøg hvor vi skal danne omkring 200 ml brint, skal vi fastslå magnesiums molare
masse via idealgasloven og derfra se hvor meget den afviger fra det tal som er angivet i det
periodiske system!
Teori:
Vi ved fra spændingsrækken at H (hydrogen) oxidere de metaller som kommer før i
spændingsrækken. Magnesium står langt for hydrogen og oxideres derfor nemt af bl.a. saltsyre!
Vi kender magnesiums molmasse fra bl.a. det periodiske system
Anvendt udstyr og brugte materialer:
15 ml HCl ca. 0,2 g. magnesium
kolbe med hul prop og slange
injektionssprøjte måleglas
balje m. vand vægt
Sikkerhed og risici:
Da saltsyre indgår i dette forsøg, skal der også tages nogle forholdsregler.
Først bør man checke det kemikalie man skal arbejde med i APB (Arbejdsplads-brugsanvisning)
Se på hvilke R og S sætninger som står anført under det. De kan så checkes efter ved døren, på
den store plakat. (R står for risiko og S for sikkerhed!)
Det er vigtigt at gøre andre opmærksom på, at det er stærke kemikalier man arbejder med!
Også efter endt forsøg, skal man med forsigtighed bære resten af kolbens indhold hen til
vasken for dernæst at hælde det ud! (HVIS MAN MÅ!!!)
Man bør også være opmærksom på, at der ikke er antændelseskilder til stede i nærheden.
Hydrogen er jo letantændeligt, og det er derfor vigtigt at fjerne alle risici!!
Opstilling:
Proppen sættes i kolben og deri påsættes injektionssprøjten. På hullet i kolben påsættes en
slange som føres over i en balje med vand, hvori er opstillet et måleglas som er helt fyldt med
vand. Slangen puttes op i måleglasset.
Fremgangsmåden:
• Da vi har beregnet, at der skal bruges ca. 0,2 g. magnesium for at danne 250 ml brint.
Afvejes det og lægges i kolben.
• En balje fyldes med vand og et 250 ml måleglas fyldes med vand og sættes omvendt ned i
baljen. (Der må ikke være luft tilbage i måleglasset!!)
• 15 ml HCl kommes i injektionssprøjten og sættes i proppen, som derefter sættes på kolben!
• Saltsyren sprøjtes nu ned på magnesiumet – husk at ryste en smule med glasset inden det
endelige resultat aflæses!
Side 6 af 21
Martin Johansen – 1.u
TGV

Resultater:
n × R × T
V =
ρ
Et naturvidenskabeligt eksperiment
1. forsøg Mg (s) + 2 HCl (aq) → H2 (g)
M (g/mol) 24,31 2,016
m (g) 0,220 I overskud
n (mol) 0,00905 0,00905
Side 7 af 21
Martin Johansen – 1.u
TGV
+ MgCl2 (aq)
Det som udregnes er den mængde brint vi skulle have dannet! – Vi fik dog dannet 0,250 L!!
p = 1009 mb ~ 1,009 bar
n = 0,00905 mol
L × bar
R = gaskonstanten - 0,0831
mol × K
K = 20 °C + 273 °C ~ 293 K
Forklaring til udregning:
Vores noterede tal omregnes til tal, som kan puttes ind i idealgasloven.
- Trykket omregnes fra millibar til bar ved at dividere med tusind.
- Temperaturen omregnes fra °C til °K ved at lægge 273 °C til!
Disse tal sættes ind i ligningen og et delresultat er fundet.
2. forsøg Mg + 2 HCl → H2
M (g/mol) 24,31 2,016
m (g) 0,1938 I overskud
n (mol) 0,00797 0,00797
n × R × T
V =
ρ
Det som udregnes er den mængde brint vi skulle have dannet! – Vi fik dog dannet 0,242 L H2!!
p = 1009 mb ~ 1,009 bar
n = 0,00905 mol
L × bar
R = gaskonstanten - 0,0831
mol × K
K = 20 °C + 273 °C ~ 293 K
Forklaring til udregning:
Se forrige delforsøg!
L × bar
0,
00905mol
× 0,
0831 × 293K
V =
mol × K
= 0,
20348L
1,
009bar
L × bar
0,
00797mol×
0,
0831 × 293K
V =
mol×
K
= 0,
192L
1,
009bar

Resultatbehandling:
Et naturvidenskabeligt eksperiment
Den tilførte væske skal fratrækkes den samlede mængde! Vi har i begge tilfælde tilført 15 ml
saltsyre (HCl), og det skal trækkes fra!
Samtidig skal vanddampen fratrækkes. Ved normal stuetemperatur svarer det cirka til 2,3% af
gasvolumen.
1. forsøg 2. forsøg Gennemsnit
Produceret H2 250 ml 242 ml 246 ml
2,3 % udgør 5,75 ml 5,566 ml 5,658 ml
15 ml HCl trækkes også fra
229,25 ml 221,434 ml 225,342 ml
Der skulle have været dannet: 197,75 ml
Forskel / afvigelse 27,59 ml
Resultatbehandling:
For at finde magnesiums molare masse bruges idealgasloven igen:
For delforsøg 1:
× V
n =
R × T
ρ
p = 1009 mb ~ 1,009 bar
V = 250 ml ~ 0,250 l
L × bar
R = gaskonstanten - 0,0831
mol × K
K = 20 °C + 273 °C ~ 293 K
Den fundne stofmængde kan nu indsættes i et mængdeberegningsskema!
1. forsøg Mg + 2 HCl → H2
M (g/mol) 26,09 2,016
m (g) 0,1938 I overskud
n (mol) 0,00844 0,00844
Jeg kender vægten af magnesiumet og jeg har lige beregnet stofmængden, så den kan også
indsættes!
Ved at bruge denne formel kan jeg nu beregne molmassen:
m
M =
n
0,
220g
M =
=
n0,
00844mol
26,
09
g
mol
1,
009bar
× 0,
22925L
n =
=
L × bar
0,
0831 × 293K
mol × K
Side 8 af 21
Martin Johansen – 1.u
TGV
0,
00844267mol

For delforsøg 2:
× V
n =
R × T
ρ
p = 1009 mb ~ 1,009 bar
V = 192 ml ~ 0,192 l
L × bar
R = gaskonstanten - 0,0831
mol × K
K = 20 °C + 273 °C ~ 293 K
Et naturvidenskabeligt eksperiment
Den fundne stofmængde kan nu indsættes i et mængdeberegningsskema!
2. forsøg Mg + 2 HCl → H2
M (g/mol) 24,36 2,016
m (g) 0,1938 I overskud
n (mol) 0,00796 0,00796
Jeg kender vægten af magnesiumet og jeg har lige beregnet stofmængden, så den kan også
indsættes!
Ved at bruge denne formel kan jeg nu beregne molmassen:
m
M =
n
Ved at tage gennemsnittet af forsøg 1 og 2 og sammenligne det med tabellen, kan vi konstatere
at vort resultat kun afviger med 0,92 g/mol fra det korrekte resultat!
Konklusion:
For første forsøg blev vores udregnede molmasse 26,09 g/mol og i andet forsøg blev den 24,36
g/mol. Disse tal afviger ikke ret meget fra tabelværdien som er 24,31 g/mol; den er anført i det
periodiske system!
0,
0,
1938 g
M =
=
n0,
00797 mol
24,
36
g
mol
1,
009bar
× 0,
221434L
n =
=
L × bar
0,
0831 × 293K
mol × K
Side 9 af 21
Martin Johansen – 1.u
TGV
0,
00796mol

Et naturvidenskabeligt eksperiment
Delforsøg 3 i kemi – gas udvikling fra natron:
Formål:
Vi skal fastslå hvor meget gas natron kan afgive under ophedning, og sammenligne det med det
teoretiske.
Teori:
Natron( NaHCO3) eller også ”kaldet” natriumhydrogencarbonat, bruges ofte til bagning, fordi
det giver en god hævevirkning. Dette kommer sig af at natron under opvarmning nærmest
sønderdeles til Na2CO3 og CO2 (g) og H 2O.
Det er CO2’en som giver hævevirkningen!
Anvendt udstyr og brugte materialer:
2 g. natron NaHCO3
prop m. hul glasrør og slange
reagensglas m. prop bunsenbrænder
balje m. vand 250 ml måleglas
Sikkerhed og risici:
Man bør checke efter om der er fx sprit på nabobordene, da de nemt kan danne en brandbro,
efter man tænder for gashanen!
Samtidig bør man være opmærksom på at reagensglasset er meget varmt, og hældes der vand
på inden afkøling kan glasset nemt sprænges!
Opstilling:
Proppen sættes i reagensglasset. I proppen skal sættes et glasrør hvorpå en slange er
fastgjort. Et fyldt måleglas sættes omvendt i en balje med vand. Slangen fra glasrøret føres op
i måleglasset.
En bunsenbrænder tilsluttes gashanen og stilles ved reagensglasset!
Fremgangsmåde:
• Ca. 2 g. natron afvejes i et reagensglas. En prop med glasrør i fastsættes, i reagensglasset. En
slange påsættes røret og føres op i måleglasset.
• Bunsenbrænder tændes og natronen opvarmes.
Resultater:
M (g/mol) 84
2 NaHCO3 → CO2 + H2O + Na2CO3
m (g) 2 0,5239
n (mol) 0,02381 0,011905
Side 10 af 21
Martin Johansen – 1.u
TGV

Et naturvidenskabeligt eksperiment
Resultatbehandling:
Det som udregnes er den mængde carbondioxid vi skulle have dannet! –
n × R × T
V =
ρ
p = 1009 mb ~ 1,009 bar
n = 0,001191 mol
L × bar
R = gaskonstanten - 0,0831
mol × K
K = 20 °C + 273 °C ~ 293 K
Forklaring til udregning:
Vores noterede tal omregnes til tal, som kan puttes ind i idealgasloven.
- Trykket omregnes fra millibar til bar ved at dividere med tusind.
- Stofmængden har jeg lige beregnet, og kan derfor indsættes!
- Temperaturen omregnes fra °C til °K ved at lægge 273 °C til!
Disse tal sættes ind i ligningen og resultat er fundet.
Ifølge det teoretiske skulle der være blevet dannet ca. 0,287 L CO2
Vi fik derimod kun produceret 0,257 L CO2
Altså 1,3% mindre end forventet!
Konklusion:
Der er en fejlkilde i dette forsøg. Nemlig at luften opvarmes – både af bunsenbrænderen, men
også af den reaktion der sker som følge af opvarmningen! Dette påvirker jo at luften bliver
lettere og fylder derfor mere – også i måleglasset!
Vi kunne dog ikke umiddelbart beregne den fejlmængde.
Vi bevidste også at ved opvarmning af natron sker en gasudvikling!!
Konklusion i kemi:
L × bar
0,
001191mol×
0,
0831 × 293K
V =
mol×
K
= 0,
287L
1,
009bar
I kemi har vi igennem tre forsøg, som alle havde noget at gøre med idealgasloven, påvist
molmassen for lightergas, CO2 udvikling fra natron og beregnet magnesiums molmassen!
Vi har konstateret at lighterens indhold var butangas. Vi har også beregnet at magnesiums
molmasse er omkring 25 g/mol og samtidig at natron udvikler meget CO2
Jeg mener helt klart at vores formål er blevet opfyldt – til stor tilfredsstillelse!!
Side 11 af 21
Martin Johansen – 1.u
TGV

Et naturvidenskabeligt eksperiment
Delforsøg 4 i fysik – Boyle-Mariottes lov:
Formål:
At eftervise Boyle-Mariottes lov, p x V = konstant, hvilket svarer til at eftervise, at trykket er
omvendt proportionalt med volumen for en indespærret luft ved konstant temperatur.
Formålet er at eftervise sammenhængen mellem tryk (p) & rumfang (V) for en idealgas ved en
konstant temperatur.
Teori:
Trykket i en gas skyldes gasmolekylernes frie bevægelser og stød mod beholders vægge.
Trykket er afhængigt af temperaturen og volumen.
Gay-Lussac undersøgte sammenhængen mellem tryk og temperatur i en beholder ved at
fastholde volumen, og fandt ud af at tryk og volumen var ligefrem proportionale. Jo lavere
temperaturen, jo lavere tryk.
p
Gay-Luccas 1. lov: = konst.
T
Det viste sig at trykket vil antage værdien 0 ved en temperatur på -273,15°C. Denne opdagelse
medførte indførelsen af kelvin-skalaen, der jo har sit 0-punkt ved -273,15°C.
Robert Boyle og E. Mariotte fandt samtidig, uafhængig af hinanden, sammenhængen mellem tryk
og rumfang ved at fastholde temperaturen.
Idealgasloven siger:
Boyle-Mariottes lov:
Konstanten i Boyle-Mariottes lov svarer til nxRxT. Det vil sige, at stofmængden og
temperaturen skal holdes konstant, hvis Boyle-Mariottes lov skal eftervises. Stofmængden
holdes konstant, ved at lukke sprøjten helt til, og temperaturen er selvsagt konstant, når
omgivelserne ikke ændres! Boyle-Mariottes lov omskrives.
p = konst ×
1
V
Det ses at trykket er omvendt proportionalt med volumen. Det vil sige, at hvis de
sammenhørende værdier for p og V vises som en grafisk funktion, vil funktionen vise sig som en
hyperbel.
Trykket i sprøjten regnes ud, da det vides, at trykket er lig kraften divideret med arealet.
Desuden skal barometerstanden lægges til, da der fra start vil være samme tryk i sprøjten som
i omgivelserne.
F
=
a
pgas +
B
p × V = n × R × T
p × V =
konst
Side 12 af 21
Martin Johansen – 1.u
TGV

Kraften omskrives, da massen kendes:
Et naturvidenskabeligt eksperiment
Trykket regnes ud i alle målinger, som herefter kan indsættes i et koordinatsystem med
volumen ad x-aksen og trykket ad y-aksen. Den omvendte proportionalitet skulle vise sig.
Ligningen bliver:
Anvendt udstyr og brugte materialer:
Injektionssprøjte m. ”prop”/”ventil”
Vægt
m × g
=
a
pgas +
a
p =
+ b
V
Sikkerhed og risici:
Der er ikke nogle særlige risici i dette forsøg!
Man bør dog checke at proppen/ventilen sidder ordentligt fast, da den kan ”poppe” af med et
ordentlig tryk!!
Opstilling:
Stil vægten på et plan bord, og sprøjtens stempel vendes ned mod midten af vægten!
Fremgangsmåden:
• En bestem volumen luft lukkes ind i sprøjten, og den lukkes helt til.
• Dernæst presses sprøjtens stempel ned på midten af vægten.
• Tallet på vægten og sprøjten kan aflæses.
• Disse punkter gentages en del gange – jo flere gange, jo bedre resultat!
Resultater:
B
1. forsøg 2. forsøg 3. forsøg 4. forsøg Apparatusikkerheder
Tryk (kg) 5 kg 11,5 kg 15 kg 26 kg +/- 0,5 kg
Volumen (mL) 35 mL 20 mL 23 mL 10 mL +/- 2 mL
Forsøg 3 kan ikke bruges da, det afviger for meget I forhold til de andre aflæsninger!
Apparatusikkerhederne på vægten er fremkommet ved et skøn. Det er svært at fastslå den
”rigtige” usikkerhed, men i samråd med vores vejleder har vi besluttet at anvende 0,5 kg!
Usikkerheden på sprøjten er fastsat udfra at den mindst aflæselige enhed er 2 mL!
Side 13 af 21
Martin Johansen – 1.u
TGV
m = [kg]
B = [Pa]
g = [N/kg]
a = [m 2 ]

Et naturvidenskabeligt eksperiment
Resultatbehandling:
Vi skal have de tal som er angivet i kg til Newton!
For at omregne kg til N, bruges denne formel:
9 , 82 N × m = N
kg
Fx 1. forsøg: 9 , 82 N × 5 kg = 49,
1 N
kg
For at kunne beregne trykket skal arealet i sprøjten først beregnes og derefter omregnes til
kvadratmeter (m 2 ):
Det gøres med denne lille formel, hvor r = 1,4 cm! (Er nøje afmålt på sprøjten!)
2
π × r = arealet = π × 1,4 = 6,
16 cm ≈
Nu kan jeg så beregne trykket for 1. forsøg
p =
F
A
=
49,1 N
ρ =
=
2
0,00061 m
2
2
7970,
78 Pa
0,
000616
≈
m
79,7 kPa
Da luftens tryk er på ca. 1 atm, som svarer til 101,3 kPa, skal dette lægges til, da vægten ikke
måler det!
79,7 kPa + 101,3 kPa = 181 kPa hvilket er trykket i første forsøg!
Således beregnes de næste to forsøg!!
Side 14 af 21
Martin Johansen – 1.u
TGV
2
1. forsøg 2. forsøg 3. forsøg 4. forsøg Apparatusikkerheder
Tryk (kPa) 181 kPa 284,6 kPa Udgået 515,8 kPa +/- 0,5 kg
Volumen (m 3 ) 35 mL 20 mL Udgået 10 mL +/- 2 mL
Disse tal indsættes i en graf! Volumen hen ad x-aksen og trykket op ad y-aksen!
Trykket i kPa
600
400
200
0
0 10 20 30 40
Volumen i ml
Fejlkilder og usikkerheder:
Måleusikkerheder ved aflæsning af sprøjte og vægt.

Defekt / utæ t sprøjte.
Defekt badevægt.
Et naturvidenskabeligt eksperiment
Temperaturen er ikke konstant (varme hænder på sprøjten).
Det kan være svært at holde ens tryk på sprøjten konstant, og derved kan det give en fejl i
aflæsningen af resultaterne!
Konklusion:
En gennemgående fejl er at vi ikke lavede flere forsøg. Man kan godt fornemme at en hyperbel
skulle vise sig, men flere resultater ville helt klart have understøttet det!
Vi så også at når volumen bliver mindre så stiger trykket, men det kan vel næppe komme bag på
nogle!?
Side 15 af 21
Martin Johansen – 1.u
TGV

Et naturvidenskabeligt eksperiment
Delforsøg 5 i fysik – Det absolutte nulpunkt:
Formål:
At undersøge, / eftervise Charles’ lov, sammenhængen mellem tryk og temperatur for en given
luftmængde ved at holde et konstant rumfang, samt at bestemme det absolutte nulpunkt.
Teori:
Vi kender idealgasligningen og ved ud fra det, at temperatur og tryk hænger sammen. Hvis
trykket er lig 0 mb har vi det absolutte nulpunkt. Vores resultater burde ligge på en ret linie,
som vi så kan følge indtil trykket er 0 mb.
Idealgasloven siger:
Charles lov:
ρ = konst . × T
Konstanten i Charles lov svarer altså til
Det vil sige, at stofmængden og volumen skal holdes konstant, hvis Charles lov skal eftervises.
Begge dele holdes konstante, da forsøget udføres med en kolbe, hvor halsen er forbundet til et
manometer (trykmåler) med en gummislange.
Ud fra Charles’ lov kan det ses, at trykket er ligefremt proportionalt med den absolutte
temperatur. Det vil sige, hvis de samhørende værdier for p og T vises som en grafisk funktion,
vil funktionen vise sig som en ret linje gennem Orego (0,0). Hvis de samhørende værdier for p
og t (temp. i °C) illustreres som en grafisk funktion, vil den vise sig som en lineær funktion, som
skærer x-aksen i -273,15 °C, det absolutte nulpunkt.
Trykket i kolben regnes ud, da barometerstanden kendes og under- eller overtrykket kan
aflæses på manometeret.
ρ × V = n × R × T
p = pmålt
gas +
Trykket regnes ud i alle målingerne, som herefter indsættes i et koordinatsystem med celsius
temperaturen ad x-aksen og trykket ad y-aksen. For at finde det absolutte nulpunkt skal man
lade linjen fortsætte i grafen, til den skærer x-aksen.
Anvendt udstyr og brugte materialer:
Termometer Elkedel (kan erstattes med kogeplade og en kasserolle/målebæger)
Glaskolbe m. rør eller en kolbe med en prop m. hul og glasrør isat
Plastikslange Trykmåler
n ⋅
R
V
B
Side 16 af 21
Martin Johansen – 1.u
TGV

Sikkerhed og risici:
Et naturvidenskabeligt eksperiment
Da både elkedlen og manometeret skal tilsluttes en strømkilde, skal man som sædvanligt
behandle stik og strømkilde med forsigtighed. Sluk for strømkilden om muligt!
Samtidig skal man passe på det kogende vand – hvis man ikke stopper forsøget ved en passende
temperatur! Kommer vandet i kog, kan man nemt risikere at blive skoldet!
Opstilling:
Kolben og et termometer sættes i en elkedel.
En slange fører fra kolben over på manometeret.
Fremgangsmåde:
• En slange påsættes et glasrør. Det påsættes en gummiprop med hul.
• Proppen sættes på en tør kolbe.
• Slangen påsættes manometeret.
• Elkedlen fyldes ¾ med vand, og elkedlen tilsluttes en strømkilde.
• Manometeret tilsluttes også en strømkilde og apparatet tændes!
• Et termometer nedsænkes i elkedlen; temperaturen og trykket aflæses!
• Der tændes for elkedlen og nu kan trykket og temperaturen aflæses regelmæssigt!
Resultater:
Forsøg 1 Tryk i kPa °C Forsøg 2 Tryk i kPa °C Forsøg 3 Tryk i kPa °C
98,5 21,8 98,4 24,0 96,9 19,6
103,1 40,3 96,6 30,1 103,7 45,7
105,9 50,9 98,8 40,2 106,5 60,0
107,8 60,2 103,3 50,6 108 70,1
111,5 70,2 104,1 60,1
113,8 80,3 107,9 80,1
111,6 90,2
Side 17 af 21
Martin Johansen – 1.u
TGV

Resultatbehandling:
Disse tal indsættes i en graf!:
Tryk i kPa
Et naturvidenskabeligt eksperiment
Forsøg 1
-500 -400 -300 -200 -100 0 100 200
Temp. i celsius grader
Side 18 af 21
Martin Johansen – 1.u
TGV
150
100
I forsøg 1 kan vi ud fra ligningen beregne det absolutte nulpunkt!
50
0
y = 0,2637x + 92,54
x er temperaturen og y er trykket. Da teorien siger at y skal være 0 for at det absolutte
nulpunkt er nået, sætter vi y til 0!
y − 92,
54
x =
= - 350,93 ° C
0,
2637
Afvigelsen fra det ”rigtige” nulpunkt kan beregnes således:
t
målt
t
Trykket i kPa
− t
nulpunkt
nulpunkt
× 100%
−
350,
93
−
− 273,
15
273,
15
× 100%
Forsøg 2
=
28,46%
-500 -400 -300 -200 -100 -20 0 100 200
Temp. i celsius grader
120
100
80
60
40
20
0
y = 0,2145x + 91,459

Et naturvidenskabeligt eksperiment
I forsøg 2 kan vi ud fra ligningen beregne det absolutte nulpunkt!
x er temperaturen og y er trykket. Da teorien siger at y skal være 0 for at det absolutte
nulpunkt er nået, sætter vi y til 0!
y − 91,
459
x =
= - 426,38 ° C
0,
2145
Afvigelsen fra det ”rigtige” nulpunkt kan beregnes således:
t
målt
t
Trykket i kPa
− t
nulpunkt
nulpunkt
× 100%
−
426,
38
−
−
273,
15
273,
15
× 100%
Forsøg 3
Side 19 af 21
Martin Johansen – 1.u
TGV
=
56,1%
-500 -400 -300 -200 -100 0 100
-50
Temp. i celsius grader
I forsøg 3 kan vi ud fra ligningen beregne det absolutte nulpunkt!
150
100
50
0
y = 0,223x + 92,879
x er temperaturen og y er trykket. Da teorien siger at y skal være 0 for at det absolutte nulpunkt
er nået, sætter vi y til 0!
y − 92,
879
x =
= - 416,50 ° C
0,
223
Afvigelsen fra det ”rigtige” nulpunkt kan beregnes således:
t
målt
t
− t
nulpunkt
nulpunkt
Opsummering:
× 100%
−
416,
5
−
−
273,
15
273,
15
× 100%
=
52,48%
Hvis der tages gennemsnittet af de tre resultater vi har fået, får vi et dårligt resultat!
(-350,93 °C + -426,38 °C + -416,50 °C) / 3 = -397,94 °C
Altså en afvigelse på 45,68%.

Fejlkilder og usikkerheder:
Et naturvidenskabeligt eksperiment
- Gummislangen kan lække; den kan evt. ikke have siddet ordentligt i manometeret/glasrøret!
- Luften i slangen kan være ”halvkold” og derved ikke helt varmet op, hvilket vil give for stort
absolut nulpunkt – da temperaturen er højere end målt. Dette vil give en for lav hældnings
koefficient
- Måleusikkerhed ved aflæsning af termometer / manometer.
- Ved høj temperatur bliver luften hele tiden kølet ned af omgivelserne. Det vil give for stort
absolut nulpunkt, da temperaturen er lavere end målt. Dette giver også en for lav hældnings
koefficient.
Konklusion:
Vi må desværre konkludere at vort forsøg er gået rimeligt i vasken. Det kan være sjusk fra
vores side, men kan ligeledes være usikkerheder og fejlkilder. Vi har ikke fået oplyst hvor store
måleusikkerheder apparaterne har, men de kan næppe udgøre så store svingninger!
Det er ved grafisk afbildning blevet eftervist, at trykket er ligefremt proportional med den
absolutte temperatur, dog med en stor afvigelse. Denne afvigelse kan næppe godtages, selvom
der er nogle store fejlkilder tilstede.
Vi så også, at når temperaturen stiger så stiger trykket proportionalt. Det må skyldes at luften
bliver lettere og derved at molekylerne bevæger sig hurtigere og dermed giver et større tryk.
Konklusion i fysik:
Vi har i fysik set på sammenhængen mellem p, V og T – eller også sagt på en anden måde.
Sammenhængen mellem tryk, volumen og temperaturen!
Det har vi gjort igennem to forsøg. Det ene hvor vi skulle eftervise Boyle-Mariottes lov; et
forsøg hvor vi skulle se på sammenhængen mellem tryk og volumen. Vi skulle dog have lavet flere
forsøg for at understøtte vort resultat, men resultatet blev acceptabelt!
Det andet forsøg gik ud på at se på sammenhængen mellem tryk og temperatur. Dette forsøg
gik langt fra godt. Havde vi vidst det, altså udregnet resultaterne noget før, havde vi helt klart
gentaget forsøget. Vort gennemsnitlige resultat blev langt mere end acceptabelt.
Selvom resultaterne ikke alle var lige vellykkede, så mener jeg vort formål blev opfyldt.
Side 20 af 21
Martin Johansen – 1.u
TGV

Konklusion for hele rapporten:
Et naturvidenskabeligt eksperiment
Vi har skullet, på baggrund af 5 forsøg fordelt i kemi og fysik, se sammenhængen for dele af
idealgasloven og samtidig anvende den i praksis.
Især i kemi er det gået meget godt; vores resultater har passet godt med det forventede og delvis
til det teoretiske. I faget har vi lavet tre forsøg, hvor vi i dem alle har brugt idealgasloven til at
komme frem til et resultat.
I fysik er det gået lige modsat. Vores resultater er ikke blevet særlige brugbare. Vi har i dette
fag lavet to forsøg, hvor især det ene er blevet meget forkert. I fysik gik det mere på at se
sammenhængen mellem nogle af elementerne i idealgasloven, end at bruge ligningen.
På trods af usikkerheder, og direkte fejl i nogle forsøg, så mener jeg vort formål er opfyldt.
Efterskrift:
En lille kommentar til konklusionen. Vi har fået nogle dårlige resultater i fysik, men jeg synes
ikke det så galt endda. Til stort set alle forsøg hører fejlkilder og måleusikkerheder. Nogle
større end andre…
Jeg er dog af den opfattelse, at når vi prøver noget i laboratorierne, så er det mest for at
prøve det i praksis – men selvfølgelig også for at få et godt resultat. Generelt så er det bedst
at lære metoden og at håndtere de ”værktøjer” vi har til rådighed, end at få rigtige resultater.
I øvrigt så synes jeg det har været et spændende eksperiment, dog synes jeg godt vi kunne
have brugt noget mere baggrund i fysik!
Kilder:
Kemi 2000
Orbit 1
Fysik og kemi leksikon
Gads Fagleksikon – Kemi
www.studi.dk
Side 21 af 21
Martin Johansen – 1.u
TGV