Projenin Adı:
Gaz Basıncının Sıfır Olduğu Sıcaklığın Bulunması.

Projenin Amacı:
Projenin amacı basit bir yolla gaz basıncının sıfır olduğu sıcaklığın bulunmasıdır. Doğrudan ölçülemeyen bir fiziksel 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 basınç ölçeri 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.

Elde edilen veriler kullanılarak basınç-sıcaklık grafiği Şekil 2’deki gibi çizildi. Grafiğin eğimi hesaplandı ve 0.035 N/m2/C değeri bulundu. Grafiğin düşey eksenini 9,8 N/m2 noktasında kestiği görüldü.

Bu değer ile eğim değerinden yararlanarak grafiğin 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 grafik analizinin çok dikkatli yapılması gerektiği ortaya çıkmaktadır. Eğimin ve
düşey ekseni grafik doğrusunu kestiği noktanın bulunmasında yapılacak çok ufak bir hata sonuç üzerinde büyük etkiler doğurmaktadır. Hesaplamalarda en büyük hatanın (yaklaşık %3) grafiğin 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 fiziksel büyüklükler de ölçülebilir.

Kaynaklar:
Becket. L., (1982), Advanced Practival Physics, (John Murray, Londra).
Özbakan, M., (1988), General Physics Laboratory, ODTÜ, Ankara.

Kaynak

• TÜBİTAK 2013 proje kitapcığı