m - uniguld

Modul 3 – Gasfysik og Opdrift
GSK fjernundervisning 2011-2012
1. Boyle-Mariottes lov
Mål: At lære om en simpel metode til undersøgelse af sammenhængen mellem tryk og
rumfang. At lære om databehandling, specielt hvordan omvendt proportionalitet afsløres
ved en snedig afbildning, en såkaldt linearisering af grafen.
Nøglebegreber: Gaslove og databehandling med Excel.
Kilder: Spektrum I, side 74-76.
På side 74-75 i Spektrum I gennemgås hvordan gyldigheden af Boyles lov (eller BoyleMariottes lov, som den også kaldes) kan undersøges. Den omvendte proportionalitet mellem
tryk og rumfang som loven udtrykker, kan trylles om til en lineær graf ved at afbilde som
funktion af
. Det samme kan opnås ved at afbilde som funktion af
. Den sidste
afbildningsform har en fordel som vi også undersøger i denne opgave.
Figuren viser forsøgsopstillingen. Sprøjten er koblet til trykmåleren, hvor trykket kan aflæses.
Sprøjtens rumfang aflæses på en skala på sprøjten. Under forsøget er temperaturen konstant
på 22°C.
I tabellen er angivet en måleserie fra eksperimentet. Rumfanget
sprøjten, og der er derfor ikke taget hensyn til det rumfang
slangen til trykmåleren.
/kPa 51,8
/cm3 100
57,3
90
64,4
80
73,1
70
84,8
60
101,0
50
er aflæst direkte på
, som udgøres af
124,9
40
162,7
30
236,1
20
a) Tegn med Excel en
-graf, dvs.
og
. Det gør du ved først at kopiere
tabellen over i Excel og derefter lave en ny række hvor
beregnes. Det er Excel der skal
tage sig af beregningerne af
. Hvis du er usikker på hvordan det gøres, se afsnittet
”Efterbehandling af data” i filmen Resistivitet.
Side 1 af 4
Modul 3 – Gasfysik og Opdrift
GSK fjernundervisning 2011-2012
b) Lad Excel finde ligningen for linjen, samt forklaringsgraden
. Se hvordan det gøres i
afsnittet ”Analyse af data” i filmen Resistivitet, eller i vejledningen til Excel som du kan
finde på fysiksiden på Fronter.
c) Kommenter grafen. Kan vi sige noget om hvorvidt grafen bekræfter Boyles lov? Kan vi
af grafens ligning sige noget om rumfanget af slangen?
2. Naturgas
Mål: At træne beregninger med idealgasligningen.
Nøglebegreber: Idealgasligningen.
Kilder: Spektrum I, side 78-82, inklusiv eksemplerne i teksten.
Fra boreplatforme i Nordsøen hentes der naturgas fra undergrunden. Gassen føres hen til
et af de underjordiske naturgaslagre, som findes i Danmark. I et af naturgaslagrene er
rumfanget 1,5·106 m3. Det indeholder naturgas med temperaturen 8,0 C og trykket 11,0
MPa.
a) Beregn gassens stofmængde.
b) Beregn gassens masse, idet gassens molare masse er 17,1 g/mol.
c) Beregn gassens densitet og sammenlign med densiteten af atmosfærisk luft ved 8,0°C
og lufttrykket 101 kPa (normalt lufttryk). Hvor stor er gassens densitet i forhold til
luftens?
d) Der pumpes nu yderligere
mol gas til lageret, hvorved temperaturen af
gassen stiger til 50 °C. Hvor stort bliver trykket nu?
Side 2 af 4
Modul 3 – Gasfysik og Opdrift
GSK fjernundervisning 2011-2012
3. Hindenburg
Mål: At lære om, og træne beregninger på kræfter hvor opdrift spiller en rolle.
Nøglebegreber: Opdrift, Archimedes´ lov, tyngdekraft.
Kilder: Vejen til fysik B2, side 14-17. Spektrum I, side 71-73.
Hindenburg luftskibet er det største luftskib der
nogen sinde er blevet bygget. Dette luftens Titanic
der får en jumbojet til at ligne en legetøjsflyver,
var hele 245 m lang, 41 m i diameter og havde
plads til 200 000
gas. Gascellerne var fyldt med
den brandbare luftart hydrogen. Dette var en
direkte årsag til at luftskibet gik op i flammer og
brændte ned på under 1 minut pga. et mindre
sammenstød med fortøjningsmasten i New Jersey i
USA den 6. maj 1937. Mirakuløst overlevede 61 af
97 personer om bord. Du kan se en videooptagelse
af katastrofen her: http://www.youtube.com/watch?v=F54rqDh2mWA
Selve luftskibet med faste installationer vejede 130 tons. Vi kan regne med at densiteten af
den atmosfæriske luft er
og hydrogens densitet er
.
a) Beregn opdriften på luftskibet, hvis vi regner med at det fortrængte rumfang er
.
b) Beregn den samlede tyngdekraft på luftskibet og hydrogen.
c) Hvor stor er nyttelasten (dvs. hvor stor en masse kan luftskibet bære)?
d) Vi regner nu med at Hindenburg
uden nyttelast løsriver sig fra sin
fortøjningsmast og stiger til vejrs.
Den vil kunne stige til vejrs indtil
den samlede tyngdekraft på
luftskib og hydrogen er lig
opdriften. I denne højde vil
luftskibet blive svævende.
Grafen viser hvordan den atmosfæriske lufts densitet aftager med højden. Vurder vha.
grafen hvilken svævehøjde det ville svare til for Hindenburg.
Side 3 af 4
Modul 3 – Gasfysik og Opdrift
GSK fjernundervisning 2011-2012
4. Mundtlig træning af modulets begreber
Mål: At kæde nogle vigtige begreber i gasfysik/opdrift sammen. At træne mundtlig
fremstilling af et fysikfagligt emne.
Nøglebegreber: Tyngdekraft, opdrift, Archimedes´ lov, gasballon, densitet.
Kilder: Spektrum I, side 71-73 og Vejen til fysik B2, side 14-17.
I denne opgave skal du sætte ord på nogle af modulets nøglebegreber og kæde begreberne
sammen. Udgangspunktet er figuren for neden.
Figuren viser en heliumballon der stiger til vejrs. Forklar ballonens opførsel ved at
inddrage nøglebegreberne ovenover.
Skriv dine forklaringer ned, læs dem op og optag dem som lydfil på din PC. Aflever lydfilen
ved at uploade den i dertilhørende mappe på Fronter. Regn med at lydfilen skal være ca. 2
– 3 minutter lang.
5. Quiz om gasfysik og opdrift
Quizzen handler om bølgelæren i bred forstand. Du får testet din viden i alle hjørner af
bølgelæren. For at tage quizzen følg linket på modul 3 – siden.
Side 4 af 4