FİZİK
ÖRNEK FİZİK PROJE RAPORU:
Projenin Adı:
Gaz Basıncının Sıfır Olduğu Sıcaklığın Bulunması.
Projenin Amacı:
Projenin amacı basit bir yolla gaz basıncının sıfır olduğu sıcaklığın bulunmasıdır.
Doğrudan ölçülemeyen bir fziksel büyüklüğün dolaylı olarak ölçülebileceğini göstermek
projenin bir başka amacıdır.
Giriş:
Gazın hacminin sabit tutulduğu bir durumda basıncın sıcaklıkla doğru orantılı
olduğu Guillaume Amonton tarafından bulunmuştur ve basınç ile sıcaklık arasındaki
bu ilişki Amonton Yasası olarak bilinmektedir. Bu yasanın bir uygulaması olarak
sıcaklık ölçümünde kullanmak üzere 1703 yılında Amonton hava kullanarak bir
“gaz termometresi” yapmıştır. Bu çalışmada gaz termometresi kullanılarak bir gazın
basıncının hangi sıcaklıkta sıfır olacağı dolaylı şekilde deneysel olarak bulunmuştur.
Yöntem:
Cam bir kap içine kuru hava dolduruldu. Cam kap buz-su karışımı dolu olan başka
bir kabın içine Şekil 1’de gösterildiği gibi yerleştirildi. Sıcaklık ölçümünde bir civalı
termometre (-10 °C ile + 110 °C arası ölçebilen) kullanıldı. Gazın basıncını ölçmek
üzere bir Bourdon tipi basınçölçer aletinden yararlanıldı. Bourdon basınçölçeri oda
sıcaklığında (18 °C) ve açık durumda atmosfer basıncını ölçecek şekilde ayarlandı.
Basınç değerleri doğrudan pascal (simgesi Pa dır; 1 Pa=1 N/m2) olarak okundu.
Önce buz-su karışımı karıştırılarak sıcaklığın sabit kalması sağlandıktan sonra
basınç değeri ölçüldü. Daha sonra su yavaş yavaş ısıtıldı ve sıcaklık yaklaşık olarak
15°C arttıkça ısıtıcı kabın altından çekildi ve su karıştırılarak sıcaklığın sabitleşmesi
sağlandıktan sonra basınç değerleri okundu. Bu işlem su kaynayıncaya kadar
sürdürüldü. Elde edilen sıcaklık ve basınç verileri Çizelge 1 de verilmektedir.
Sıcaklık okumalarında ±0.1°C, basınç okumalarında ±0.1Pa hata yapıldığı sonucuna varıldı.
Çizelge 1: Sıcaklık ve basınç değerleri
Sıcaklık (°C) Basınç (Pa)
1.0 9.7
17,8 0,4
32.0 10,9
43,0 11,2
66,5 12,0
80,0 12,5
100,5 13,2
Elde edilen veriler kullanılarak basınç-sıcaklık grafği Şekil 2’deki gibi çizildi. Grafğin
eğimi hesaplandı ve 0.035 N/m2/C değeri bulundu. Grafğin düşey eksenini 9,8 N/m2
noktasında kestiği görüldü.
Bu değer ile eğim değerinden yararlanarak grafğin sıcaklık eksenini kestiği noktanın
-280 °C olduğu bulundu. Bir başka deyişle, gazın sıcaklığı -280 °C ye düşürülürse
basıncının sıfır olması gerekir. Sıcaklık ve basınç ölçümlerindeki hataların hesaplanan
sonuçtaki hataya katkıları hesaplandığında bunun yaklaşık ±12 °C olduğu bulundu.
Sonuçlar ve Tartışma
Gazların basınçlarının sıfır olduğu sıcaklığın teorik değeri -273 °C bu çalışmada
bulunan -280 °C ±12 °C lik değerin hata sınırları içine düşmektedir. Bu çalışmada
bir grafk analizinin çok dikkatli yapılması gerektiği ortaya çıkmaktadır. Eğimin ve
düşey ekseni grafk doğrusunu kestiği noktanın bulunmasında yapılacak çok ufak bir
hata sonuç üzerinde büyük etkiler doğurmaktadır. Hesaplamalarda en büyük hatanın
(yaklaşık %3) grafğin eğiminin bulunmasında yapıldığı görülmektedir.
Basınç değerlerinin okunmasından önce sıcaklığın sabitleştirilmiş olması gereklidir.
Bu yapılmadığı zaman okunan basınç değerinin okunan sıcaklık değerine karşı
geldiğini söylemek zordur.
Gazların basınçlarının sınıf olduğu sıcaklığı doğrudan ölçmek normal laboratuvar
şartlarında mümkün olmamakla birlikte, kolayca bulunabilecek alet ve cihazlar
yardımıyla dolaylı yoldan ölçülebilmektedir. İyi tasarlanmış benzer deneyler ile
doğrudan ölçülmesi çok zor veya olanaksız olan başka fziksel büyüklükler de
ölçülebilir.
Kaynaklar:
Becket. L., (1982), Advanced Practival Physics, (John Murray, Londra).
Özbakan, M., (1988), General Physics Laboratory, ODTÜ, Ankara.
