Balon na CO₂

Laboratorijski dnevnik

Prvi dan

S projektom Balon na CO₂ smo se začeli ukvarjati v sredo, 16. 3. 2011 ob 16. uri v Hefajstu na Fakulteti za fiziko.

Začeli smo z meritvami mase na elektronski laboratorijski tehtnici s priključkom na računalnik. V balon smo najprej dali tablete in nato vodo, za tem pa smo ga hitro zavezali, da bi čim manj nastalega ogljikovega dioksida ušlo iz balona še pred samim tehtanjem. Pri prvih poskusih smo uporabljali precej nedoločeno količino vode in tablet, saj smo ugotavljali, kakšna količina vsakega je optimalna za sam poskus, saj premalo število tablet balona ne napihne dovolj, da bi bile spremembe dovolj očitne, prevelika količina tablet pa je po naših izkušnjah zgolj zapravljanje tablet, saj so razlike v velikosti do konca napihnjenega balona premajhne. Tako smo se nazadnje odločili za dve tableti. Veliko je bilo tudi poskušanja z drugimi načini zamašitve balona, vendar so se vsi ostali načini izkazali za slabše od samega zavezovanja, saj nobeden bodisi ni dovolj tesnil ali pa je bil bolj zamuden. Ugotovili smo, da je problem tudi v tem, kako balon položiti na ravno tehtnico, ne da bi se odkotalil z nje. Nazadnje smo našli med materialom, na voljo v Hefajstu, polkrožno plastiko, ravno dovolj veliko in lahko, da smo jo lahko uporabili za umiritev balona na tehtnici. Slednjo smo nato na nič nastavljali skupaj z maso plastike, balona in tablet, tako da so bile te vrednosti že vnaprej odštete od same opazovane mase.

Spremembo volumna smo se odločili meriti v vodi. Naš postopek merjenja mase ne omogoča hkratnega merjenja volumna, vsaj ne na tak način, kot so ga predvidevali naši načrti. Predvsem bi izgubili veliko časa in ogljikovega dioksida, v balon pa tudi ne bi mogli vstaviti merilca tlaka, zato smo naredili načrt za posebno "napravo" (slika 1) s katero smo opravili preostale meritve.

Slika 1

Napravo smo izdelali iz cevi, narejene iz pleksi stekla, ki je morala biti dovolj široka, da smo lahko preko nje v balon spustili šumeči tableti, in dovolj dolga, da ob morebitno ponesrečenem poskusu voda ni dosegla merilca tlaka. V to cev smo nato zvrtali luknjo, na katero smo s silikonom pritrdili še eno, tokrat manjšo gumijasto cev. Ta je bila povezana z merilcem tlaka. Na eno stran cevi smo dali balon in ga ob ustju zatesnili z vezico. Drugo stran smo zaprli z gumijastim zamaškom. Dobro zaprta cev je bila za naše meritve ključna, saj smo le na tak način preprečili uhajanje ogljikovega dioksida in s tem zagotovili čim bolj realne meritve tlaka in volumna. Cev z balonom smo nato dali v stekleno posodo, napolnjeno z vodo, kjer smo želeli izmeriti še spremembe volumna. Vendar pa poskus ni šel kot načrtovano. Ko smo balon želeli napolniti z vodo, ta ni vsa prišla vanj, saj se je zaradi vzgona balon začel vzdigovati proti površju. Obe meritvi sta na tak način propadli.

Drugi dan

S projektom smo nadaljevali v sredo, 23. 3. 2011, zopet ob 16. uri v Hefajstu na Fakulteti za fiziko.

Zaradi neuspešnosti prejšnjega postopka meritev smo se odločili, da vse skupaj ponovimo v ležeči plastični posodi, prvotno z zamaškom, do vrha napolnjeni z vodo. S strani smo preko zamaška pod rahlim kotom vanjo vstavili že izdelano napravo za dovajanje vode in tablet ter meritev tlaka. Cev je bila dana pod kot, da je voda lažje pritekla v balon in, kot že pri prvotnem načrtu, da smo obvarovali merilnik tlaka pred vodo. Na vrhu plastične posode smo izvrtali še eno večjo luknjo ter vanjo s silikonom pritrdili še eno cev iz pleksi stekla v navpični smeri, preko katere smo nato merili spremembe volumna. Ob testiranju novega načrta smo ugotovili, da nam, zopet zaradi vzgona, balon zapre povezavo s cevjo za merjenje tlaka. Spodnji del cevi smo zato odrezali postrani, da balon kljub dvigu ne bo zaprl dovoda. Vodo smo dozirali z brizgo, saj je omogočala natančnost in večjo hitrost. Ob testu tega načrta smo ugotovili, da je cev, s pomočjo katere naj bi merili spremembo volumna, torej navpična cev, prekratka, saj nam je voda precej hitro ušla preko.

Tudi na ta dan smo merili maso, tokrat z enakimi šumečimi tabletami (Magnezij, SPAR), enakimi baloni in enakimi količinami tablet in vode. Začeli smo tudi s testnim poskusom, s katerim bi preverili, koliko plina v enem tednu uide iz balona. V stekleno posodo smo v ta namen natočili vodo in označili višino gladine v njej, nato pa balon potopili v vodo. Potopili smo ga s pomočjo kovinske plošče, ki smo jo previdno spustili nad balonom do gladine, da ne bi s tem vplivali na spremembo volumna izpodrinjene tekočine. Balon smo nato shranili, da bi lahko naslednji teden primerjali spremembo njegove prostornine.

Tretji dan

Zadnji dan našega projekta je bil v sredo, 30. 3. 2011, ob 16. uri, v Hefajstu.

Ker se nam je test nove naprave ponesrečil, smo najprej začeli z modifikacijo le - te (slika 2).

Slika 2

Prejšnja cev je bila prekratka, zato smo obstoječi dodali še dve dodatni, da se je dviganje tekočine ustavilo na manjši višini. V napravo smo nato zopet pritrdili balon, posodo napolnili vodo in s cevjo povezali merilec tlaka. Balon smo napolnili s tabletami ter vodo in ga hitro zamašili. Hkrati smo sprožili meritvi sprememb tlaka in volumna. Slednjo smo merili v 5-sekundnih intervalih z risanjem črtic, ki so na navpičnih ceveh označevale višino, do katere se je v tem času dvignila voda. Nato smo spremembe višin izmerili in jih zapisali v tabelo.

Ker je na spremembo tlaka vplival tudi hidrostatični tlak, smo merjenje tlaka ponovili še izven vode, na zraku. Ob tem smo opazovali tudi spreminjanje volumna s časom, vendar bi bila aproksimacija s telesi nenatančna, zato smo meritev opustili.

Nadaljevali smo tudi meritev zmanjšanja volumna balona v časovnem intervalu enega tedna. Balon, pred sedmimi dnevi napolnjen z ogljikovim dioksidom, ki je nastal kot produkt reakcije vode in šumečih tabletk, smo znova potopili v vodo in gledali spremembo gladine. Spremembo gladine smo primerjali s spremembo, ki jo je povzročil taisti balon sedem dni nazaj, iz česar smo dobili podatek o tem, koliko se je zmanjšal volumen. Podoben poskus smo opravili tudi z balonom, ki smo ga napihnili z izdihanim zrakom (z usti smo napihnili balon). Prav tako smo izmerili tudi spremembo volumna v intervalu treh ur, vzporedno z meritvami sprememb tlaka in volumna pa smo merili še spreminjanje mase balona v časovnem intervalu dveh ur, da smo izvedeli, če na zmanjšanje mase, ki smo jo zasledili, res vpliva zgolj vzgon, ali k temu pripomore še kaj.

Celoten projekt je bil tako izveden v treh ločenih stopnjah. Mase nismo mogli meriti hkrati z ostalimi meritvami, saj so bile spremembe zelo majhne, tehtnica, ki tako majhne spremembe mase zazna, pa ima zelo nizko omejitev maksimalne obremenjenosti. Istočasno smo sicer želeli izmeriti spremembo tlaka in volumna, vendar zaradi vode sprememba tlaka ni bila enaka kot na zraku. Rezultati tlaka in volumna so bili tako precej blizu našim pričakovanjem, kljub začetnemu presenečenju nam tudi zmanjšanje mase balona ni prineslo novih vprašanj, temveč zgolj nove odgovore.