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查理定律及絕對零度 資訊融入教學暨網路學習內容教 案

查理定律及絕對零度 資訊融入教學暨網路學習內容教 案. 國立三重高中 邱智宏. 溫度計 燒杯 水. 氣體及水蒸氣 量筒. 加熱板. 圖一、實驗裝置圖. 表一、不同溫度對氣體體積的影響 ( 室溫 =22.9 ℃ ，大氣壓力 =766.3mmHg). 表二、線性迴歸輸出值. 表四、不同起始體積對實驗所得絕對零度的比較表. 表五、以氦氣或空氣進行實驗所得絕對零度的比較表. 實 驗 結 論.

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查理定律及絕對零度 資訊融入教學暨網路學習內容教 案

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Presentation Transcript

  1. 查理定律及絕對零度資訊融入教學暨網路學習內容教案查理定律及絕對零度資訊融入教學暨網路學習內容教案 國立三重高中 邱智宏

  2. 溫度計 燒杯 水 氣體及水蒸氣 量筒 加熱板 圖一、實驗裝置圖

  3. 表一、不同溫度對氣體體積的影響(室溫=22.9℃，大氣壓力=766.3mmHg)表一、不同溫度對氣體體積的影響(室溫=22.9℃，大氣壓力=766.3mmHg)

  4. 表二、線性迴歸輸出值

  5. 表四、不同起始體積對實驗所得絕對零度的比較表表四、不同起始體積對實驗所得絕對零度的比較表

  6. 表五、以氦氣或空氣進行實驗所得絕對零度的比較表表五、以氦氣或空氣進行實驗所得絕對零度的比較表

  7. 實 驗 結 論 • 1 、使用簡單的實驗器材，僅包括量筒、燒杯、溫度計等 ，以量取不同溫度下氣體的體積，經適當的體積校正 及線性迴歸便能求出絕對零度，其實驗值和理論值相 較誤差不到2%，以五次實驗所得的結果為例，平均 值為為-277.70±6.95℃，和理論值比較，絕對誤差 為4.55℃，百分誤差為1.7%。 • 2、由於實驗在水中進行，不同溫度下水的飽和蒸氣壓各 有其值，且溫度愈高，蒸氣壓愈大，因此測量的總體 積，必須經過適當的校正，才能得到乾燥氣體的實際 體積。另外在高溫時，水的蒸氣壓很大，原空氣的壓 力相對所佔的比例變成很小，經校正時容易產生誤差 ，所以實驗進行的溫度以不超過80℃為宜。

  8. 實 驗 結 論 3 、以降溫方式進行實驗，較易維持氣柱和水溫的平衡，因此所 得的 結果比升溫方式來得準確。以升溫方式所得的絕對零度 ，五次平均為-305.49±11.36℃，和理論值比較，絕對誤差為32.34℃， 百分誤差為11%。而降溫方式所得的結果五次平均 為-277.70 ±6.95℃，和理論值比較，絕對誤差為4.55℃，百 分誤差為1.7%。 4、起始氣體的氣柱體積愈大，在讀取體積時所產生的相對誤差 愈小，但在高溫時不能超過量筒的刻度，因此氣柱的體積在 室溫時，以3至5mL進行實驗最為恰當。 5、使用氦氣進行本實驗所得到的結果，和使用空氣所得的結果 並沒有明顯的差別，因此可以使用空氣取代較昂貴及不易取 得的氦氣進行實驗。

  9. 敬邀合作伙伴 1 、如果您有不錯的教案、 教學活動及點子，歡迎Mail至doctchu@ms22.hinet.net，我們將為您製作精美的網 頁分享同好、 嘉惠學子，並致贈合作酬勞。 2、歡迎至化學論談( http://140.111.1.12/senior/chemistry/tp_sc/main.htm )來 當版主，並鼓勵同仁及同學共襄盛舉。 3、本教案將放在化學科教學加油站上，供大家使用及下　　載。

  10. 定壓時，定量氣體的體積隨溫度的升高而增大 藍色氣球使用乾冰冷卻而縮收 置於室溫一段時間後藍色氣球體積澎脹

  11. 賈奎斯．亞歷山大．凱薩．查理（Jacques Alexandra Cesar Charles）於1746年11月12日生於法國，年輕時的查理，廣泛學習多種科學，成年後到巴黎任財政部的職員。1783年，查理意識到熱氣球的使用可能產生巨大的影響，因此在氣球灌入氫，他認為氫比空氣輕，可以更有效的使氣球上升。同年8月27日，查理把他的氫氣球釋放升空，這是人類第一次以氫氣球成功的完成了無載人的飛行。其後數年間，這種灌氫的氣球在法國大行其道，被稱為「查理氣球」。同年11月，查理乘坐熱氣球飛越巴黎，這是氫氣球首次成功的載人飛行。 1787年，查理研究氣體性質時，他量度氧、氮、氫、二氧化碳以及空氣等氣體在0℃與100℃間熱膨脹的情形，發現每種氣體的膨脹率都相同，當壓力維持一定時，定量的氣體，其溫度每升降攝氏1度，其體積會增減其在攝氏0度時體積的 1／273，這就是著名的「查理定律」。 查理研究的範圍很廣，出版的論文以數學方面的居多，也有關於積分的、電學實驗的，以及比較溫標的。他的發明也不少，像顯微鏡的幻燈裝置、測溫式液體比重計、反射測向器等。另外，查理曾在感光紙上嘗試作自動記錄肖像輪廓的試驗，這是攝影術的先聲，比正式攝影術的誕生要早20年。1823 年4月7日，查理逝世於巴黎，享年77歲。他以物理學家、化學家、數學家、發明家留名科學史。 取材於http://itrifamily.itri.org.tw /art/91/art911030-1.html

  12. 給呂薩克(Joseph Louis Gay-Lussac) 法國化學家、物理學家。研究氣體的先驅者。生於法國上維埃 納省的聖萊奧納爾，1797年進入巴黎綜合工科學校，畢業後最 早於實驗室中研究氣體的熱膨脹，證明所有氣體在升高相同溫度時，體積膨脹分數相同。1804年研究地磁在不同高度的強度，而乘氫氣球升空，並且研究大氣壓力和溫度的變化；1805年在研究空氣成分，證實水可用氧氣與氫氣按體積1：2的比例製取。後來他證明體積一定比例之關係，不僅於參加反應的氣體中存在，且在反應物與生成物之間也存在，他強調此比例為體積而非重量。綜合各種實驗結果，他結論出氣體以很簡單的比例化合。於1808年發表今天以其姓氏為名的"給呂薩克定律"在化學原子分子學說的歷史發展上，起了重要的作用。 他與其他化學家利用純化學方法製取鉀、鈉並確定鉀的性質，也研究了氯化氫、碘化氫、氟化氫，提出酸本質的新見解，證明氧氰酸是由氫、碳、氮組成，而當時拉瓦錫確認為酸必有含氧。後來他鑑定氰是由一個氮和一個碳組成，作為一個有機基團的性質。他用他在技術方面的知識提出許多化工生產過程的改善意見。1927年提出建造硫酸廢棄吸收塔，稱為"給呂薩克塔"。他對製造硫酸及草酸的方法，建議在鉀鹽和蘇打中對鹼金屬的測定方法，改良消除漂白粉中的含氯量。 取材自http://pck.bio.ncue.edu.tw/pckweb/ database/pckchem/21.htm

  13. 即 V＝V0（1＋α t） 上式稱為 查理定律

  14. 查理定律的圖示

  15. Universe just after beginning 1039 Highest laboratory temperature 108 Center of the Sun 106 104 Surface of the Sun Tungsten melts Water freezes 102 Universe today 100 Boiling helium-3 10-2 Nuclear spin cooling (record low temperature, 1990) 10-9 溫度高低比較圖（Ｋ）

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