ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΟΣ ΠΡΟΣΔΙΟΡΙΣΜΟΣ ΤΗΣ ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑΣ ΤΟΥ ΑΠΟΛΥΤΟΥ ΜΗΔΕΝΟΣ

1. ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΟΣ ΠΡΟΣΔΙΟΡΙΣΜΟΣ ΤΗΣ ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑΣ ΤΟΥ ΑΠΟΛΥΤΟΥ ΜΗΔΕΝΟΣ ΓΕΡΟΘΑΝΑΣΗ ΑΙΚΑΤΕΡΙΝΗ

2. Το απόλυτο μηδέν είναι μια από τις θεμελιώδης σταθερές στη φυσική. • Ο πειραματικός της προσδιορισμός έχει μεγάλη αξία στη διδασκαλία καθώς και στην κατανόηση της φυσικής.

3. Πείραμα 1: Το απόλυτο μηδέν προσδιορίζεται με ισόχωρες διαδικασίες (σταθερός όγκος) σε κανονικό βάζο. • Πείραμα 2: Το απόλυτο μηδέν προσδιορίζεται με ισοβαρής διαδικασίες (σταθερή πίεση) με αέρα κλεισμένο μέσα σε μια φιάλη.

4. 1.Προσδιορισμός του απόλυτου μηδενός με ισόχωρες διαδικασίες • Το απόλυτο μηδέν μπορεί να προσδιοριστεί από τη σχέση μεταξύ της πίεσης και της θερμοκρασίας P=f(T) . • Ο όγκος διατηρείται σταθερός. • Η ισόχωρη διαδικασία μπορεί να παρουσιαστεί από τη σχέση P=P0(1+γT).

6. Τα τρίγωνα ΜΝΑ και ABC είναι όμοια άρα: ΜΝ/ΑΝ=ΑΒ/CB και (Τ1-Τ0)/P1=(T2-T1)/(P2-P1) επομένως Τ0=(P2T1-P1T2)/(P2-P1).

7. Όργανα που χρησιμοποιούμε • Ένα βάζο με ένα μεταλλικό καπάκι βιδωμένο • Ένα νανόμετρο (μετρητής πίεσης) με δύο βαλβίδες • Ένα δοχείο νερού • Ένα θερμόμετρο • Ένα καυτό πιάτο

8. Πειραματική διαδικασία • Στο δοχείο με το νερό τοποθετούμε παγωμένους κύβους • Το βάζο είναι τελείως βουτηγμένο στο νερό • Η ελεύθερη εξοχή του νανομέτρου είναι ανοιχτή. • Περιμένουμε έως η θερμοκρασία του αέρα στο δοχείο να γίνει ίδια με τη θερμοκρασία του νερού

10. Η εξοχή κλείνει και το σύστημα τώρα είναι απομονωμένο από την ατμόσφαιρα. • Στην περίπτωση αυτή υπάρχει σταθερή ποσότητα αέρα στο δοχείο με σταθερό όγκο V και κατώτερη αρχική θερμοκρασία T1σε πίεση P1. • Tοποθετούμε τώρα το βάζο μέσα σε ένα δοχείο το οποίο βρίσκεται μέσα σε καυτό πιάτο και είναι γεμισμένο με βραστό νερό.

12. Όταν ο αέρας μέσα στο βάζο φτάσει στη θερμοκρασία του βραστού νερού και ένδειξη του νανομέτρου είναι σταθερή σημειώνουμε την πίεση P2και τη θερμοκρασία T2. • Πχ.Τ1=0.3οC,P1=1atm,T2=98oC και P2=1.36atm άρα T0=-271.08oC.

13. 2.Προσδιορισμός του απόλυτου μηδενός με ισοβαρής διαδικασίες. • Το απόλυτο μηδέν μπορεί να προσδιοριστεί με χρήση της σχέσης του όγκου του ιδανικού αερίου με τη θερμοκρασία V=f(T). • Για ισοβαρής διαδικασίες μπορούμε να γράψουμε V=V0(1+αt).

15. Τα τρίγωνα ΜΝΑ και ABC είναι όμοια άρα θα ισχύει ΜΝ/ΑΝ=ΑΒ/CB από όπου προκύπτει ότι (Τ1-Τ0)/V1=(T2-T1)/(V2-V1) άρα Τ0=(V2T1-V1T2)/(V2-V1) αν θέσουμε ότι ΔV=V2-V1τότε ο τύπος γίνεται: Τ0=[V2T1-(V2-ΔV)T2]/ΔV.

16. Χρησιμοποιούμε μια σφαιρική γυάλινη φιάλη με όγκο περίπου 300cm3, είναι κλεισμένη με πώμα που έχει ένα γυάλινο σωλήνα με μια κάνουλα μέσα του.

17. Πειραματική διαδικασία • Αρχικά η φιάλη είναι βυθισμένη μέσα σε ένα δοχείο με βραστό νερό πάνω σε μια σόμπα. • Η κάνουλα είναι αρχικά ανοιχτή. • Περιμένουμε δύο λεπτά για να φτάσει ο αέρας στη φιάλη στη θερμοκρασία βρασμού. Στη διαδικασία αυτή η πίεση αυξάνεται και μέρος του αέρα βγαίνει από τη φιάλη έως η πίεση γίνει ίδια με την ατμοσφαιρική. • Στη συνέχεια κλείνουμε την κάνουλα. • Μετράμε τη θερμοκρασία του βραστού νερού Τ2 με θερμόμετρο υδραργύρου.

19. Τώρα τοποθετούμε τη φιάλη με την κάνουλα προς τα κάτω. • Η κάνουλα είναι ανοιχτή κάτω απ’ το νερό και περιμένουμε για δύο λεπτά μέχρι ο αέρας στη φιάλη να κρυώσει και να φτάσει τη θερμοκρασία του νερού Τ1. • Κατά τη διάρκεια αυτής της διαδικασίας η πίεση του αέρα στη φιάλη ανεβαίνει και λίγο νερό πέφτει μέσα της. Η διαδικασία συνεχίζεται μέχρι η πίεση του αέρα μέσα στη φιάλη να γίνει ίδια με την ατμοσφαιρική πίεση. • Ο όγκος του αέρα ανεβαίνει σε V1.

21. Η κάνουλα κλείνει και μετράμε την Τ1. • Βγάζουμε τη φιάλη από το νερό και την αποσυνδέουμε και χύνουμε το νερό μέσα σε δοχείο με μετρητή , κι έτσι μετράμε τον όγκο ΔV. • Τέλος μετράμε τον αρχικό όγκο V2της φιάλης. Για να το πετύχουμε αυτό την ανοίγουμε και τη γεμίζουμε με νερό και προσθέτουμε μια τάπα, με την κάνουλα ανοιχτή.Το περισσότερο νερό βγαίνει έξω. Η ποσότητα που παραμένει ισούται με τον αρχικό όγκο αέρα V2

23. Πχ.Τ1=0.5οC, T2=98.2oC, V2=327cm3, ΔV=86cm3και βρίσκουμε ότι Τ0=-273.29οC.