DVIG VODE V KOZARCU

    2.1 (Pri poskusu izvedbe poskusa smo zmočili termočlen in ga morali zamenjat. Da se težava nebi ponovila smo termočlen izolirali s plastično cevko.)

    Prvi poskus, ki smo ga zasnovali za preverjanje te teorije, je bilo segrevanje zraka z električnim grelcem v merilnem valju, ki smo ga nato postavili nad vodo. Temperaturo smo merili s termočlenom, ki smo ga pritrdili na rob čaše. Merili smo tudi tlak znotraj čaše na približno enakem mestu kot temperaturo. Zrak smo segreli do enake temperature (50 oC), kot ga je segrela sveča v prvotnem poskusu.

    Predpostavke: Predpostavili smo, da se zrak v kozarcu dovolj hitro premeša in je naše merjenje temperature ob robu kozarca ne odstopa veliko od povprečne temperature zraka. Ta predpostavka ni povsem zanesljiva, kar je dodalo k netočnosti naših rezultatov. Predpostavili smo veljavnost plinske enačbe. Nazadnje smo premislili, da voda ne bo morala v trenutku slediti spremembam tlaka, zato bomo verjetno videli spremembe v tlaku. Če bo voda lahko zelo hitro sledila spremembam, bomo videli konstanten tlak.

    Napoved 2.hipoteza: če ima segrevanje in ohlajanje zraka vpliv na tlak, ta pa na dvig vode, se bo voda v tem valju dvignila, če je vpliv temperature pravladujoč se bo pri enaki temperaturi voda dvignila do enake višine kot pri originalnem poskusu s svečo. Pričakovali smo, da bo tlak malo padel, nato pa obstal na konstanti vrednosti, ko bo narasla gladina vode.

    Napoved 3. Hipoteza: Če je dvig vode posledica kondenzacije vodne pare, bi moral biti dvig vode znatno manjši v primerjavi z prvotnim eksperimentom, če do njega sploh pride, saj pri tem poskusu ne bo gorenja.

    Rezultat našega poskusa je bil rahel dvig vode, kar pomeni, da ima sprememba temperature res vpliv na dvig vode, vendar je pomembno opomniti, da se je voda dvignila precej manj, kot pri poskusu s svečo. Voda vse je dvignila za manj kot 10 % volumna čaše. V originalnem poskusu je voda zapolnila nekje med 15 in 20 % preostanka prostornine posode. Izkazalo se je, da se je med ohlajanjem tlak rahlo nižal, na koncu pa smo ugotovili, da se končni tlak ne razlikuje zelo od začetnega. To je bilo pričakovano, saj se je volumen posode zmanjšal, ko je notri pritekla voda.



    Naši zaključki tega eksperimenta so bili, da ima segrevanje in ohlajanje zraka vsekakor vpliv na celoten poskus, vendar to ne more biti edini, niti glavni faktor, ki vpliva na dogodek.

    Rezultat deloma potrjuje 2. teorijo - temperatura ima vpliv na dvig vode v kozarcu. Poskus ne zavrača tretje teorije, saj ob enaki temperaturi (50 oC) kot v prvotnem poskusu dvig vode ni bil enak.

    2.2 Naš nov poskus je bil segrevanje zraka z grelcem v zaprti posodi. To smo dosegli s plastelinom.



    Ta poskus je bil priprava za nadaljne poskuse, pri katerih smo želeli predpostaviti, da naraščanje in padec temperature v posodi, ki je zaprta med celotnim trajanjem poskusa, nima nikakršnega vpliva na tlak in posledično dvig vode. Drugače povedano: želeli smo preveriti veljavnost plinske enačbe, ki napoveduje da če sta temperatura in volumen v začetnem stanju enaka, potem bo v zaprtem sIstemu tudi končni tlak enak začetnemu. S tem bi tudi potrdili domnevo, da je za vpliv temperature na prvoten poskus ključno dejstvo, da je opazovani sistem na začetku odprt in se zraku zaradi segrevanja zmanjša gostota, kar pa pomeni manjše število delcev v zaprtem sistemu ko s čašo svečo pokrijemo.

    Predpostavili smo da zrak ne more priti skozi plast plastelina in je tako posoda zaprta.
    Če ta predpostavka ne bi veljala in bi plastelin deloval kot ventil, ki prepušča zrak le ven iz posode, bomo na koncu videli nižji tlak. V primeru, da bo plastelin prepuščal zrak v obe smeri, bomo videli konstanten tlak skozi celoten poskus.

    Po izvedbi smo ugotovili, da sta bila na začetku in na koncu tlak in temperatura enaka. Vmes sta bila oba višja od začetnih vrednosti.
    S tem smo prišli do ugotovitve, da ima segrevanje in ohlajanje zraka vpliv na dvig vode le takrat ko, kot v prvotnem poskusu, posoda na začetku ni zaprta in se zrak lahko razširi. Poleg tega smo se odločili potrditi predpostavko, da plastelin dovolj dobro zapre posodo.

    2.3 Po tem eksperimentu smo se odločili opazovati spreminjanje tlaka in temperature, ko svečo nad vodo pokrijemo s posodo. (originalni poskus z merjenjem temperature in tlaka)

    Kot pri prejšnih poskusih smo predpostavili, da so naše meritve temperature in tlaka reprezentativne za celoten zrak v čaši. Predpostavili smo tudi, da med meritvijo in zapisom podatka v računalnik ni bilo večjega časovnega zamika in sta obe meritvi (temperature in zraka) časovno usklajeni. Glede na prvi poskus bomo predvidevali, da voda ne bo dovolj hitro sledila spremembam tlaka, zato bomo videli sprememe najprej pri tlaku, šele kasneje pa spremembe volumna.

    Če bi veljala teorija (2) o vplivu segrevanja in ohlajanja zraka ter bi bila temperatura edini dejavnik, ki vpliva na tlak, bomo videli najprej naraščanje tlaka, ko sveča še gori, torej ko temperatura narašča. Nato se bo med ohlajanjem dvignila gladina vode. Tu smo upoštevali ugotovitve iz prejšnjih eksperimentov, se pravi bo zrak nad svečo že segret, kar pomeni, da bo vplival na dvig vode. Predvsem bodo rezultati služili primerjavi z naslednjima eksperimentoma.

    Tretja teorija napoveduje znižanje tlaka zaradi kondenzacije, ki pa se, saj so stene čaše relativno hladne, začne že preden sveča ugasne. Torej opaziti bi morali padanje tlaka med tem, ko bi temperatura naraščala ali bila nespremenjena.

    Rezultati poskusa: Ugotovili smo, da se tlak med segrevanjem najprej sploh ne spreminja, nato pa pri nadaljevanem segrevanju celo začne upadati pred temperaturo. Kasneje tlak zopet naraste, z njim pa še gladina vode. Temperatura še vedno upada. To ne zavrača druge teorije, ker sta tlak in temperatura večinoma upadala hkrati, vendar je očitno, da je na tlak poleg temperature vplival še nek dejavnik, saj je tlak upadal že pri višku temperature.



    2.4 Odločili smo se malo spremeniti naše prejšnje poskuse. Hoteli smo preučiti spreminjanje tlaka brez spremembe volumna. Prav tako smo se hoteli znebiti vpliva že segretega zraka na celoten poskus.
    Odločili smo se prižgati svečo znotraj posode. To smo dosegli s pomočjo vžigalice in uporovne žičke. Posoda je bila zaprta s pomočjo plasteline (prikazano na sliki)



    Predpostavka je spet se zrak ne more skozi plast plastelina in je posoda res zaprta, ter da je bilo naše merjenje temperature in tlaka reprezentativno za ves zrak.

    Če bi veljala 2. teorija, bi morali videti naraščanje tlaka s temperaturo, nato padec obeh količin ko se segrevanje ustavi. Torej glede na to, da bo posoda izolirana že preden se bo zrak segrel, pričakujemo, da sprememba temperature ne bo imela vpliva na končno stanje. Če bo končen tlak enak kot začeten, to pomeni da je temperatura edini dejavnik ki vpliva na tlak (in posledično dvig vode v prvotnem poskusu), če bo končni tlak nižji od začetnega, to pomeni da temperatura ni edini delavnik ki vpliva na končni rezultat.
    3. teorija predvideva, da bo tlak po koncu poskusa, ko bo temperatura zraka enaka začetni, nižji kot kot tlak na začetku poskusa. To bi potrdilo, da je razlog za celoten končni upad tlaka pri tem poskusu kondenzacija vodne pare. To bi pomenilo, da kondenzacija vodne pare prispeva k upadu tlaka (in dvigu vode) v prvotnem poskusu.

    Pomembno je omeniti, da je vžigalica pri vžigu povzročila nenadno naraščanje tlaka, za katerega sklepamo, da je imel vpliv na naš eksperiment, saj se je lahko zgodilo da je del zraka ušel skozi plast plastelina. To bi vplivalo na našo predpostavko o plastelinu. V primeru, da plastelin ne bo moral zadržati zraka notri, bomo na koncu dobili nižji tlak, če pa bo zrak spuščal tudi notri pa bomo dobili enak tlak kot na začetku.

    Rezultat poskusa je bil pričakovan. Že med naraščanjem temperature je tlak padel, na koncu je ostal nižji kot na začetku. Torej začetno in končno stanje nista enaka. Rezultat se sklada z napovedjo 3. Teorije. Ta eksperiment še posebej izpostavi dejstvo da temperatura ni edini dejavnik, ki povzroči dvig vode. Po tretji teoriji je ta drugi dejavnik kondenzacija vodne pare. Dejstvo, da obstaja možnost, da je nekaj zraka ušlo iz posode, preprečuje, da bi že s tem eksperimentom potrdili tudi 3. teorijo, a glede na to, da je tudi poskus št. 1 kazal na to da temeperatura ni edini dejavnik, se nam zdi 3. Teorija precej verjetna.



    2.5 Eksperiment smo ponovili še nad vodo z istimi napovedmi in predpostavkami. Ker pri vodi lahko opazujemo mehurčke, se lahko že ob poteku poskusa prepričamo, da iz posode ni ušlo nič zraka. (Ker se po prižigu zrak hitro razširi smo morali z cevčico nekaj zraka izsesati pred začetkom poskusa. Tako je bila začetna gladina samo premaknjena navzgor, kar ni vplivalo na rezultat eksperimenta in zrak ni več uhajal iz posode) Če bi veljala le 2. Teorija in bi bila temperatura edini dejavnik vpliva,bi morali pred in po eksperimentu dobiti popolnoma enaka stanja, ker se bo zgolj segrel in ohladil zrak znotraj zaprte posode. Torej gladina vode na koncu bi morala biti enaka gladini na začetku poskusa.
    V nasprotnem primeru bi veljala tudi teorija 3: Zaradi kondenzacije vodne pare bi morala gladina po koncu eksperimenta biti višja kot na začetku. Predpostavili smo, da je tok toplote skozi stene čaše med segrevanjem minimalen.

    Omeniti je treba da zaradi časovne omejitve nismo počakali da bi bila končna temperatura povsem enaka začetni, a to bi le minimalno vplivalo na eksperiment: voda bi se še nekoliko dvignila. Kot predvideno smo videli hipen narast tlaka (in padec gladine vode) ob vžigu vžigalice, nato pa je tlak že med segrevanjem padel pod začetni tlak, ta se je zopet zvišal, ko se je dvignila gladina vode. Končna gladina vode je bila okoli 10 % višja kot začetna gladina vode glede na prazen del čaše.

    Rezult ponovno potrjuje obe teoriji.



    Rezultati poskusov kažejo na to da je kot napoveduje 2. teorija za dvig vode vzrok v širjenju zraka zaradi naraščajoče temperature ob vžigu vžigalice v odprtem prostoru. Poskusi pa so tudi pokazali da temperatura ni edini dejavnik, ki vpliv na dvig vode. To dopušča pravilnost tudi 3. teoriji.

FMF - izbirni predmet Projektno delo
Pri projektu smo sodelovali: Jure Mocnik-Berljavac, Jas Bensa, Matic Orehar