Hel ma bardzo słabe oddziaływania międzycząsteczkowe i w wielu wypadkach sprawia to poważne problemy np. podczas skraplania. Własność tę można jednak wykorzystać, dzięki niej hel jest bardzo zbliżony właściwościami do tzw. gazu doskonałego, czyli takiego, który spełnia prawa gazowe odkryte już w IX wieku np. stosunek ciśnienia do temperatury przy stałej objętości jest stały.
Skoro hel jest prawie doskonałym gazem można zastosować go np. do zmierzenia temperatury ciekłego azotu i w kolejnym eksperymencie taką temperaturę zmierzymy.
Będzie nam potrzebny ciekły azot, który przechowywany jest w tzw. naczyniu dewara czyli termosie wykonanym z metalu z zaworem bezpieczeństwa. Naczynie z ciekłym azotem przedstawia zdjęcie Nr 1, ciekły azot przelewany jest do mniejszego naczynia.
Rysunek po lewej przedstawia schemat naszego gazowego termometru. Oprócz ciekłego azotu, którego temperaturę chcemy zmierzyć potrzebna nam będzie pompa próżniowa, naczynie w którym schłodzimy hel oraz manometr, którym zmierzymy ciśnienie. Szklaną kolbę w której schłodzimy hel przedstawia zdjęcie Nr 2.
Pierwszą czynnością jaką wykonamy będzie połączenie wszystkich elementów jak na schemacie a następnie odpompowanie powietrza z układu za pomocą pompy próżniowej (zdjęcie Nr 3). Gdy z układu odpompujemy powietrze, z butli wprowadzimy do układu gazowy hel tak by jego ciśnienie osiągnęło wartość ciśnienia atmosferycznego. Wartość odczytana z naszego barometru wynosiła 610 Tr (Torów czyli mmHg). Gdy teraz schłodzimy naszą kolbę z helem wewnątrz zajdzie przemiana gazowa, tzw. przemiana izochoryczna. Zmieni się temperatura a wraz z nią ciśnienie helu, nie zmieni się tylko objętość bo nasz układ nie ma żadnych ruchomych elementów, które mogły by zareagować na zmianę ciśnienia (pomijamy gumowe węże, które skurczą się w sposób pomijalny). Skoro parametry naszego układu zmienią się musimy zapisać warunki początkowe i będzie to ciśnienie - 610 Tr oraz temperatura - 24 oC
Teraz możemy przystąpić do schładzania naczynia z helem, ciekły azot wlewamy do otwartego termosu i bańkę z helem połączoną do ciśnieniomierza wprowadzamy do termosu (zdjęcie Nr 4).
Temperatura helu będzie spadać i wraz z nią spadnie też ciśnienie co można obserwować na ciśnieniomierzu (zdjęcie Nr 3). Teraz wystarczy tylko zaczekać aż ciśnienie się ustabilizuje i zapisać jego wartość - P2 wynosi 160 Tr. Dalej znając definicję przemiany izochorycznej: stosunek ciśnienia do temperatury przy stałej objętości jest stały można już wyznaczyć temperaturę ciekłego azotu. Pozostały nam już tylko matematyczne wyliczenia.
Dane:
1) Temperatura przed schłodzeniem T1 wynosi 24 oC, musimy ją przeliczyć na wartość bezwzględną liczoną w Kelwinach: T1 = 273 + 24 = 297 K
2) Ciśnienie przed schłodzeniem P1 wynosi 610 Tr
3) Ciśnienie po schłodzeniu wynosi 160 Tr
Szukane:
1) Temperatura po schłodzeniu czyli temperatura ciekłego azotu wynosi: ?
Obliczenia:
Pomiar udał się całkiem nieźle bo temperatura ciekłego azotu wynosi 77,3 K. Na błąd pomiaru wpływ miało wiele czynników np. niedokładność odpompowania powietrza, odkształcenia gumowych węży a tym samym zmiana objętości, niedokładność pomiaru ciśnienia i temperatury.
Zapraszam na kolejną stronę na której poznamy hel w najciekawszej postaci - hel ciekły.
