Pētnieciskais darbs

Eksperimentā jāizpēta, kā gaisa spiediens $p$ kolbā ir atkarīgs no temperatūras $t$. Tādā gadījumā neatkarīgais lielums ir gaisa temperatūra $t$; atkarīgais lielums ir gaisa spiediens $p$; fiksētais lielums ir gaisa tilpums $V$.

Eksperimenta gaita

• ieliek kolbā aizbāzni ar stikla cauruli;
• ar gumijas cauruli pievieno spiediena sensoru, kas pievienots datu uzkrājējam jeb datoram;
• ievieto traukā temperatūras sensoru, kas pievienots datu uzkrājējam jeb datoram;
• traukā ielej karstu ūdeni;
• ar gaisu pildītu kolbu ar aizbāzni  ieliek traukā ar karsto ūdeni;
• ieslēdz datoru;
• fiksē gaisa sākuma temperatūru t un sākuma spiedienu traukā p,
• ieliek karstajā ūdenī ledus gabaliņus no lielā trauka;
• kad temperatūra stabilizējas, nolasa spiediena un temperatūras vērtības;
• turpina dzesēt ūdeni traukā ar ledus gabaliņiem vēl 3 – 5 reizes;
• visa eksperimenta laikā ievēro drošības noteikumus;
• fiksē iegūtos datus tabulā.

Datu apstrāde

Uzdevumā ir prasīts izmantot SI vienības. Sakarība starp absolūto temperatūru $T$ (kelvinos) un temperatūru $t$ (celsija grādos) ir  $T=t+273$.

Mērījumu tabula SI vienības:

Pie horizontālās ass atzīmē neatkarīgo lielumu. Uzdevumā  neatkarīgais lielums ir gaisa absolūtā temperatūra $T$.
Pie ass pieraksta "$T,\space\mathrm{K}$".

Pie vertikālās ass atzīmē atkarīgo lielumu – gaisa spiedienu $p$. Pie ass pieraksta "$p\cdot 10^3, \space\mathrm{Pa}$" vai "$p, \space\mathrm{kPa}$".

Abas asis ir graduētas vienmērīgi (skatīt attēlu).

Matemātiskā izteiksme, kas parāda gaisa spiediena atkarību no temperatūras

Ja savieno grafika punktus un turpina grafika līniju līdz krustpunktam ar horizontālo asi, tad iegūst  taisni, kas šķērso koordinātu sākumpunktu (skatīt attēlu). Tādēļ sakarība starp spiedienu $p$ un absolūto temperatūru $T$ ir tiešā proporcionalitāte. Matemātiski tiešo proporcionalitāti (jeb lineāro funkciju) apraksta vienādojums $y=ax$. Šajā eksperimentā, taisnes vienādojums ir $p=\mathrm{a}T$, kur $\mathrm a$ – proporcionalitātes koeficients, kas šajā gadījumā ir nosakāms no dotajiem lielumiem, un ir vienāds ar $\mathrm{a}=3,3\cdot10^2\space\mathrm{\frac{Pa}K{}}$. Vienādojumu pārveidojot citādāk, iegūst: $p=\mathrm{const}\cdot T$;   $\frac{p}{T}=\mathrm{const}$;    $\frac{pV}{T}=\mathrm{const}$.

Būtiskie eksperimenta trūkumi

• Rodas siltuma zudumi, kurus grūti novērtēt.
• Nepieciešams veikt vairāk mērījumus.
• Mēra ūdens temperatūru, bet pieraksta gaisa temperatūru, pieņemot, ka ir iestājies siltuma līdzsvars.
• Paiet ilgs laiks, kamēr iestājas siltuma līdzsvars.

Vērtēšanas kritēriji

Eksperimenta gaita

Vērtē līmeņos:

nosaka neatkarīgo un atkarīgo lielumu, plāno eksperimenta gaitu, ietverot fizikālos lielumus. Eksperimentu plāno, izmantojot tikai aprakstā dotos lielumus. Plāno mērījumu atkārtošanu un drošības noteikumu ievērošanu (karstais ūdens) – 2 punkti;

veikta vismaz puse – 1 punkts;

eksperimenta plānojums ļoti vispārīgs, nesaistot ar uzdevuma mērķiem un konkrētajām ierīcēm, piemēram: "saslēdz visas dotās ierīces, veic mērījumus, pieraksta mērinstrumentu rādījumus tabulā, ievēro drošības tehniku, veic aprēķinus, zīmē grafiku, analizē rezultātus"  – 0  punkti.

Datu apstrāde (grafiks)

Vērtē līmeņos:

izsaka temperatūru kelvinos. Izvēlas atbilstošu mērogu, graduē asis vienmērīgi, pieraksta lielumu nosaukumus un mērvienības pie asīm, atliek tabulā dotos punktus grafikā, turpina grafika līniju (taisni), līdzr tā šķērso koordinātu sistēmas sākuma punktu – 2 punkti; 

pieļauj vienu nelielu kļūda, piemēram, neuzraksta mērvienības pie asīm – 1 punkts;

pieļauj būtisku kļūdu, piemēram, sajauc asis vietām – 0 punkti.

Datu apstrāde (analīze un secinājumi)

Vērtē līmeņos:

analizē uzzīmēto grafiku un uzraksta taisnes vienādojumu pēc analoģijas ar matemātikā zināmo tiešās proporcionalitātes vienādojumu analizē plānoto eksperimenta gaitu un uzraksta divus būtiskus eksperimenta trūkumus – 2 punkti; 

aeikta vismaz puse – 1 punkts;

aeikta mazāk nekā puse – 0 punkti.