Meritve in rezultati

Poskuse smo izvajali s po dvema šumečima tabletama (SPAR Magnezij) in 25 ml ± 5 ml vode v navadnih balonih iste vrste in oblike.

Spreminjanje mase s časom

Meritve mase smo opravljali s tehtnico z natančnostjo ±0.01 g, vezano na računalnik. Podatke smo zbirali s programom LoggerPro 3.8.

Graf 1: Štiri neodvisne meritve mase v odvisnosti od časa (časovni interval: 300 sekund)

Začetna masa zajema zgolj maso vode v balonu, saj smo tehtnico nastavili na nič skupaj z masami tablet in balona (vrednost mas tablet in balona je že v podatkih odšteta).

Masa v času napihovanja balona pade za 0.6 g ± 0.1 g za kar je kriv vzgon. Volumen testnih balonov je znašal od 700 cm3 do 850 cm3, kar pomeni, da znaša sila vzgona približno 0.008 N, torej vzgon balonu navidezno zmanjša maso za približno 0.9 g, kar pa je več kot padec mase pri naših meritvah. To lahko pripišemo dejstvu, da se je naš balon že med samim zavezovanjem delno napihnil.
Masa pa pada tudi po koncu reakcije in napihovanja balona, kar prikazuje naslednji graf.

Graf 2: Meritev mase balona na daljšem časovnem intervalu

Graf prikazuje daljše merilno območje (približno dve uri), na katerem lahko tudi po koncu samega napihovanja opazimo približno linearno zmanjševanje mase. Ta pojav je najverjetneje posledica prehajanja molekul CO2 skozi membrano balona.

Spreminjanje tlaka s časom

Meritve tlaka smo opravljali z merilnikom tlaka z Vernierjevim priključkom na računalnik in programom LoggerPro 3.8.

Graf 3: Graf spreminjanja tlaka s časom

Graf 4: Graf odvoda tlaka po času

Tlak v balonu takoj po dodatku tablet hitro naraste, ko se balon začne razpenjati, počasi pade in se ustali. Pri tej meritvi je bila razlika med največjim tlakom v balonu in zunanjim tlakom 7.8 kPa, med ustaljeno vrednostjo in zunanjim tlakom pa približno 4 kPa.

Spreminjanje volumna s časom

Spremembe volumna smo merili na cevi z opazovanjem vodnega stolpca v 5-sekundnih intervalih. Iz meritev smo izračunali časovni potek volumna. Ker je bila naša prva meritev opravljena 10 sekund po začetku napihovanja je izračun časovnega poteka za konstanto premaknjen navzdol. Povprečni volumen balonov napihnjenih na enak način, vendar z volumnom izmerjenim po koncu napihovanja, znaša 780 cm3 ± 70 cm3. Napaka je pri teh meritvah večja, kot pri meritvah tlaka in mase, saj smo višino vodnega stolpca merili z risanjem črtic na akrilno steklo.

Graf 5: Spreminjanje volumna v odvisnosti od časa

Graf 6: Graf odvoda volumna po času

Spremembe volumna zaradi hidrostatičnega tlaka smo zanemarili, saj je pri predpostavki, da je ogljikov dioksid idealni plin pri največji višini napaka manjša od 5% (Δ p / p = Δ V / V pri konstantni temperaturi, višina merilne cevi: 60 cm).

Pogledali smo si še meritve volumna skozi daljše obdobje:

Po 108 minutah se je balonu napolnjenim z ogljikovim dioksidom volumen zmanjšal za 61%.
Po tednu dni se je balonu napolnjenim z ogljikovim dioksidom volumen zmanjšal za 82%.
Za primerjavo smo enak balon do podobnega volumna še napihnili z izdihanim zrakom. Napihnjenemu balonu se je volumen v enem tednu zmanjšal za 7%.
Ker so velikosti molekul ogljikovega dioksida in molekul , ki sestavljajo zrak, približno enake velikosti (molekula ogljikovega dioksida: 3.2 angstrema, molekula dušika: 3.0 angstrema, molekula kisika: 2.9 angstremov (vir: wikipedia)) je za tolikšno razliko v prepustnosti membrane balona verjetno kriva difuzija, saj je prostorninski delež ogljikovega dioksida v suhem zraku približno 0.03%.