Työn tavoitteita. 1 Johdanto. 2 Ideaalikaasukäsite ja siihen liittyvät yhtälöt

Transkriptio

1 FYSP103 / 1 KAASUTUTKIUS Työn tavotteta havannollstaa deaalkaasun tlanyhtälöä oa, mten lman kosteus vakuttaa havattavn lmöhn ja mttaustuloksn kerrata mttausöytäkrjan ja työselostuksen laatmsta Luento- ja laskuharjotusesmerkessä kästellään yleensä tlanteta, jossa e tarvtse huomoda lman kosteutta. Tässä työssä kosteuden vakutus on kutenkn otettava huomoon muuton mttausten erusteella saatava tulos el (kostean) huonelman theys e ole vertalukelonen taulukossa lmotettavan arvon (kuvan lman theys) kanssa. Työssä kerrataan deaalkaasujen tlanyhtälön lsäks myös omen mttausten raortonnn tatoja el mttausöytäkrjan laatmsta ja työselostuksen krjottamsta. 1 Johdanto Työssä tutustutaan deaalkaasun omnasuuksn ja määrtetään huonelman theys tätä teoraa käyttäen. Lue työtä varten Young and Freedman, Unversty Physcs, (11 th ta 12 th ed.), kaale 18.1 ja melellään myös kaale 18.3 ta Randall D. Knght, Physcs for Scentsts and Engneers (second edton) kaaleet 16.5 ja Hyödyllstä on myös tutustua aemmn erusokrjana käytettyjen Ohanan, Vol. 1, svut ta Alonso-Fnn, Vol. 1, svut , estykseen. 2 Ideaalkaasukäste ja shen lttyvät yhtälöt Ideaalkaasu toteuttaa seuraavat erusolettamukset: olekyylen tlavuuden osuus kaasun koko tlavuudesta on hävävän en el molekyylt ovat kokoonsa nähden erttän kaukana tosstaan. olekyylehn vakuttavat ulkoset vomat ovat mtättömä ja molekyylen kesknäset vomavakutukset ovat merkttävä anoastaan törmäystlantessa. Törmäykset ovat täysn kmmosa ja nden kestoaka on hyvn lyhyt verrattuna törmäysten välsn akohn. Ideaalkaasulle on vomassa tlanyhtälö

2 FYSP103 / 1 Kaasututkmus V m RT nrt, (1) mssä on ane, V on tlavuus, m on massa, on moolmassa, T on lämötla ja R = 8,314 J/(mol K) on ylenen kaasuvako. Tästä saadaan deaalkaasun theydeks m V RT. (2) Yhtälöstä (1) nähdään, että deaalkaasumooln tlavuus on rumaton moolmassasta, kun ane ja lämötla T ovat vakota. ooltlavuus e ss ru kaasun laadusta. Standardolosuhteks valttu normaaltla NTP määrtellään T NTP NTP 101,325 kpa 1,01325 bar 760 mmhg 0 C 273,15 K Normaalolosuhteta NTP vastaava mooltlavuus V m on (3) 3 V 0, m /mol. (4) m Vastaavast deaalkaasun theydeks NTP:ssä saadaan moolmassa NTP. (5) mooltlavuus V m 3 Ilman kosteuden vakutus theyteen Ilmaa vodaan tää deaalkaasuseoksena, jonka ääkomonentt ovat ha ja ty. Lsäks lma ssältää enä määrä hldoksda, jalokaasuja ja veshöyryä. Veshöyryn suhteellnen osuus vo vahdella olosuhtesta ruen melko aljon; muden komonentten suhteellset osuudet ovat sen sjaan hyvn tarkast vakota. Ilman näennänen moolmassa ja sten myös sen theys ruvat sen veshöyrytosuudesta. Kaasun osaaneella tarkotetaan stä osuutta kaasuseoksen kokonasaneesta, jonka kysenen kaasu synnyttää. Yhtälöstä (1) nähdään, että deaalkaasujen ane ruu kaasun anemäärästä, mutta e kaasun moolmassasta. Kaasun osaane e on sten e n, (6) n mssä n on kaasun anemäärä, n kaasuseoksen kokonasanemäärä ja on kokonasane.

3 FYSP103 / 1 Kaasututkmus Ilman kosteustosuuden määrttelyyn lttyvät seuraavat eruskästteet: absoluuttnen kosteus F, jolla tarkotetaan lmassa olevan veshöyryn määrää lmotettuna massana tlavuusykskköä koht, esm. g/m 3 ; absoluuttnen kosteus vahtelee olosuhteden mukaan maksmkosteus F m on veden höyrynanetta el veshöyryn kyllästymsanetta kysesessä lämötlassa vastaava absoluuttsen kosteuden arvo; F m ruu ss lämötlasta (vrt. taulukko 1 työohjeen loussa) suhteellnen kosteus f lmasee, kunka monta rosentta absoluuttnen kosteus on maksmkosteudesta el f = (F/F m ) 100 % kasteste on se lämötla, jossa absoluuttnen kosteus = maksmkosteus. Lämötlan laskettua kastesteeseen veshöyry alkaa tvstyä. Veshöyry vo olla myös ylkyllästä el suhteellnen kosteus on yl 100%. Tällanen tlanne vo syntyä, jos lmassa e ole rttäväst tvstymskeskuksa tvstymsen käynnstymseks. Kastesteessä veshöyryn osaane e on yhtä suur kun veshöyryn kyllästymsane el e = e m (vrt. taulukko 1 työohjeen loussa) Jos merktään täysn kuvan lman moolmassaa :llä ja kostean lman moolmassaa :lla, vodaan johtaa yhtälö ' ' ve ( e) v e 1 1 0, 3780 mssä v on veden moolmassa. e (7) Veshöyryn osaaneen ja kyllästymsaneen suhde on yhtä suur kun lman suhteellnen kosteus el F e f 100% 100%. (8) F m e m Yhdstämällä yhtälöt (7) ja (8) vodaan kuvan lman theys lmottaa kostean lman theyden, suhteellsen kosteuden, kylläsen höyryn aneen ja kokonasaneen avulla. Lausekkeden yhdstämnen jätetään oskeljalle ja yhtälön johto tulee käydä lm työselostuksesta. Seltä työselostuksen teoraosassa myös jonkun käytännössä havattavan

4 FYSP103 / 1 Kaasututkmus lman kosteuteen ja tvstymseen lttyvän lmön (esm. sumu, kaste, suhkutlan kkunan huurtumnen) tausta lyhyest edellä selvtettyjen kästteden avulla. 4 Työn suorttamnen Lasseen mttaulloon umataan tyhjöumun avulla mahdollsmman hyvä tyhjö. ttaullo knntetään letkulla aneanturn, avataan ullon venttl ja luetaan kaasun ane 1. Tämän jälkeen venttl suljetaan, mttaullo rrotetaan letkusta ja ullo unntaan. ttaullo on lasa ja alaneessa. Käytä työakalla oleva suojalaseja! Raotetaan venttlä ja lasketaan heman lmaa ulloon. Kaasun ane luetaan ja ullo unntaan kuten ensmmäsessä mttauksessa. Tämä tostetaan valltsevaan lmananeeseen saakka. Pyrtään saamaan non 15 mttausstettä mahdollsmman tasasn välen mnmaneen ja valltsevan lmananeen vällle. Jos alkunnostuksessa äästät heman lkaa lmaa ulloon, vot umata ullon uudelleen tyhjäks. tattujen aneden tasavälsyydestä e kutenkaan kannata ottaa snä määrn aneta, että se hattas mttauksen sujuvaa suorttamsta. Ilman theyden määrttämstä varten merktään mustn mttaullon tlavuus (± 1 ml) sekä huoneen lämötla ja lmanane (vrheneen). Lsäks luetaan lman suhteellnen kosteus husgyrometrltä. Latteen tomnta erustuu huksen ta vastaavan kudun tuuden ruvuuteen lman kosteustosuudesta. Latteen astekko on kalbrotu jollakn absoluuttsella menetelmällä. 5 Tulosten kästtely tatut steet rretään m()-kuvaajaks ja steden kautta sovtetaan suora. Yhtälö (1) vodaan krjottaa muotoon V m. (9) RT 1 Huomaa, että käytettävä anemttar on dfferentaalnen el se mttaa kahden er steen välsen aneeron ekä suoraan ullossa olevaa absoluuttsta anetta.

5 FYSP103 / 1 Kaasututkmus äärtetyn suoran kulmakerron vastaa ss suuretta V/RT. nkä sekan kertoo uolestaan sovtuksen vakoterm? äärtetään tämän suoransovtuksen avulla ullossa olevan (kostean) lman kokonasmassa vrheneen huoneen aneessa. Tämän tedon erusteella vodaan laskea (kostean) lman theys vrheneen, kun mttauksessa käytetyn ullon tlavuus V tedetään. Laskettujen suureden vrheet määrtetään tuttuun taaan maksm-mnm -kenon avulla. äärtetystä kostean lman theydestä lasketaan suhteellsen kosteuden f ja laboratorossa valltsevan lämötlan T ja lmananeen avulla kuvan lman theys vrheneen. tä outoa havatset verrattaessa kostean ja kuvan lman theyksen tarkkoja arvoja tosnsa? ten seltät havannon? Kuvan lman theys normtetaan louks NTP-olosuhtesn yhtälöden (1) ja (2) avulla ja saatua tulosta verrataan krjallsuudessa estettyhn arvohn (varmstu, että krjallsuuden on annettu myös NTP:ssä). tä lmankosteuden vakutuksesta huonelman theyteen vodaan sanoa? Onko järkevää kästellä huonelmaa deaalkaasuna?

6 FYSP103 / 1 Kaasututkmus Taulukko 1. Ilman kosteustaulukko. t C e m Pa e m mmhg F m g/m 3 t C e m Pa e m mmhg F m g/m ,84 10, ,64 18, ,51 10, ,82 19, ,22 11, ,06 20, ,98 12, ,37 21, ,78 12, ,75 23, ,63 13, ,20 24, ,52 14, ,73 25, ,47 15, ,34 27, ,47 16, ,03 28, ,53 17, ,81 30,3