ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΟΣ ΠΡΟΣΔΙΟΡΙΣΜΟΣ ΤΗΣ ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑΣ ΤΟΥ ΑΠΟΛΥΤΟΥ ΜΗΔΕΝΟΣ ΓΕΡΟΘΑΝΑΣΗ ΑΙΚΑΤΕΡΙΝΗ

 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.

 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.

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=P 0 (1+γT).

 Τα τρίγωνα ΜΝΑ και ABC είναι όμοια άρα: ΜΝ/ΑΝ=ΑΒ/CB και (Τ 1 -Τ 0 )/P 1 =(T 2 -T 1 )/(P 2 -P 1 ) επομένως Τ 0 =(P 2 T 1 -P 1 T 2 )/(P 2 -P 1 ).

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

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

 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 T 1 σε πίεση P 1.  Tοποθετούμε τώρα το βάζο μέσα σε ένα δοχείο το οποίο βρίσκεται μέσα σε καυτό πιάτο και είναι γεμισμένο με βραστό νερό.

 Όταν ο αέρας μέσα στο βάζο φτάσει στη θερμοκρασία του βραστού νερού και ένδειξη του νανομέτρου είναι σταθερή σημειώνουμε την πίεση P 2 και τη θερμοκρασία T 2.  Πχ.Τ 1 =0.3 ο C,P 1 =1atm,T 2 =98 o C και P 2 =1.36atm άρα T 0 = o C.

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=V 0 (1+αt).

 Τα τρίγωνα ΜΝΑ και ABC είναι όμοια άρα θα ισχύει ΜΝ/ΑΝ=ΑΒ/CB από όπου προκύπτει ότι (Τ 1 -Τ 0 )/V 1 =(T 2 -T 1 )/(V 2 -V 1 ) άρα Τ 0 =(V 2 T 1 -V 1 T 2 )/(V 2 -V 1 ) αν θέσουμε ότι ΔV=V 2 -V 1 τότε ο τύπος γίνεται: Τ 0 =[V 2 T 1 -(V 2 - ΔV)T 2 ]/ΔV.

 Χρησιμοποιούμε μια σφαιρική γυάλινη φιάλη με όγκο περίπου 300cm 3, είναι κλεισμένη με πώμα που έχει ένα γυάλινο σωλήνα με μια κάνουλα μέσα του.

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 Τ 2 με θερμόμετρο υδραργύρου.

 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 Τ 1.  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 V 1.

 Η κάνουλα κλείνει και μετράμε την Τ 1.  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 V 2 της 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 V 2

 Πχ.Τ 1 =0.5 ο C, T 2 =98.2 o C, V 2 =327cm 3, ΔV=86cm 3 και βρίσκουμε ότι Τ 0 = ο C.