ПРИБОР ДАЛЬТОНА

ПРИБОР ДАЛЬТОНА ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ЗАВИСИМОСТИ ДАВЛЕНИЯ НАСЫЩЕННОГО ПАРА ОТ ТЕМПЕРАТУРЫ ДЛЯ РАЗНЫХ ЖИДКОСТЕЙ

Метод измерения давления насыщенного пара был предложен Дальтоном (английский физик и химик 1766-1844г.) в первом десятилетии ХIX века: «Я разделял барометрическую трубку на дюймы и десятые доли дюйма, отмечая деления подпилком; затем наливал в неё жидкости, служившей для опыта, настолько, что внутренняя стенка трубки была ею смочена; наполнял трубку ртутью и опрокидывал в сосуд со ртутью осторожно, чтобы воздух не проник. Когда полученный таким образом барометр постоял некоторое время, над ртутью собрался слой жидкости от 1/10 до 1/8 доли дюйма толщиной». ^[1]
На основе этого метода Дальтон исследовал зависимость давления насыщенного пара от температуры для разных жидкостей.

Описание опытов Дальтона в школьных учебниках физики (конец 19 в. - начало 20 в.)

Описание работы прибора в учебнике физики К.Д. Краевича (1905 г., XXII издание).
Зависимость упругости насышающих пространство паров от температуры была исследована Дальтоном на следующем приборе. Две барометричесюя трубки А и В (рис.справа), из которыхъ -1 служила барометром, а В содержала над ртутью небольшое количество испытуемой жидкости, были погружены открытыми концами в ртуть, налитую в чугунную чашку М, и окружены стеклянным цилиндром ао, который также был погружен в ртуть и наполнен водою. Ртуть, а вместе с нею, и вода нагревались очагомъ К, причемъ вода постоянно перемешивалась, а температура её определялась по термометру t. При нагревании вьсота ртути в трубке В будет быстро уменьшаться, а слой жидкости становится тоньше. Отсюда следует, что упругость паров, насыщающих пространство, с возвыгиенгем температуры быстро увеличивается. Наоборот, при охлажден!и упругость их будет уменьшаться, а ртуть в трубке В подыматься. Упругость паров при каждой температуре мы найдем, вычитая из столба ртути в трубке А столб ртути в трубке В.

Опыт Дальтона для наглядного доказательства свойств насыщенного пара в учебнике А.П. Постникова для мужских гимназий (1914).
«Опишем упрощенное видоизменение прибора Даниэля. Две барометрические трубки с чашкой наполненной ртутью и укрепленные в особом штативе, погружаются в высокий стеклянный цилиндр (в 1 м высоты) с водою той или иной температуры. В одной из трубок над ртутью пустота, а в другой насыщенный пар воды, серного эфира, винного спирта и т.п. с некоторым избытком соответствующей жидкости.
Измеряется температура ванны и определяется разность столбов ртути в той и другой трубке. Разность двух высот равна давлению насыщенного пара жидкости при данной температуре.
Температуру ванны изменяют, переливая в неё посредством сифона кипящую воду из большой колбы, установленной выше уровня воды в ванной, при чем получающийся избыток воды удаляется из ванной другим сифоном.
Полученные результаты представляются, например, в виде таблицы, в которой показана упругость насыщенных паров воды в пределах от 0℃ до 100℃.

t, ℃	0	10	20	30	40	50	60	70	80	90	100
p, mm	4,6	9,2	17,5	31,5	54,9	92,0	149	233	355	525	760

Здесь мы видим ход постепенного возрастания упругости пара по мере возрастания его температуры. По достижении 100℃, т.е. температуры кипения воды под давлением одной атмосферы, эта упругость становится равною атмоcферному давлению (760mm)». ^[2]

В руководстве для учителя «Лабораторные занятия по физике в средней школе», часть 2 П.А. Знаменского (1955)представлен самодельный прибор для проведения опыта Дальтона, содержащий только одну барометрическую трубку. Самодельный прибор мог использовать не только учитель, но и учащиеся для проведения самостоятельного исследования в лабораторных условиях.
«Размеры самодельного прибора:
Вертикальная доска – 90×12×1,3 (см3)
Основание –22×22×1,3(см3)
Трубка для паров А – длина 85 см, диаметр 0,6см
Широкая трубка С – длина 60 см, диаметр 5 см».
Широкая трубка С, окружающая трубку А с водяными парами, заполнялась водой. Уровень воды должен быть выше закрытого конца трубки А. Воду хорошенько перемешивали мешалкой b и, опустив термометр t (последний может быть подвешен к шнурку с крючком), измеряли её температуру.
По шкале Е определяли положение верхнего края ртутного мениска в трубке А. Положение верхнего края ртутного мениска в чашке B измеряли угольником или линеечкой. Далее проводились расчеты.
Для изменения температуры насыщенного пара часть воды сливалась через патрубок с, закрепленный в резиновой пробке а, в отдельный сосуд. Затем в трубку С добавляли горячую воду и повторяли измерения».^[3]

Демонстрационный учебный прибор из коллекции Педагогического музея военных учебных заведений.
Благодаря описаниям, найденным в учебниках физики для средних учебных заведений конца XIX – начала XX века, удалось собрать демонстрационный прибор и определить его учебное назначение (см. фото 1).
1. Барометрические трубки числом 6 штук (сохранились 2 трубки) крепились с помощью крючков в двух деревянных дисках с пазами. Диаметр дисков примерно 10 см. Через центр дисков проходит стальной стержень, который обеспечивает жесткость и позволяет крепить конструкцию к стержню штатива. Высота установки около метра.
2. Обойма с барометрическим трубками располагается вертикально; верхний конец стального стержня крепится винтом к изогнутой пластине, сопряженной со стержнем штатива. Нижний конец стального стержня вставлялся в центр чугунной чаши (не сохранилась), куда наливалась ртуть.
3. Стержень, на который насажены деревянные диски, покрыт ржавчиной и мелкими «щербинами», видимо из-за частого соприкосновения с водой.
4. На штативе стационарно закреплена еще одна барометрическая трубка с деревянной шкалой. Шкала проградуирована в линиях. Линия составляет 0,1 дюйма (2,54 мм). Градуировка шкалы позволяет предположить, что прибор был изготовлен до подписания Метрической конвенции 1875 года.

5. На деревянном основании штатива поставлен инвентаризационный номер (см. фото). Римская цифра обозначает отдел коллекции, арабская цифра - порядковый номер прибора внутри отдела. Судя по написанию инвентаризационного номера, прибор входил в состав первой коллекции физических приборов Педагогического музея ВУЗ, раздел «Теплота» и был приобретен до 1873 года, т.к. в этом году Педагогический музей издал каталог наглядных пособий. Этот факт является дополнительным подтверждением того, прибор был изготовлен в первой половине девятнадцатого века.
6. На деревянном основании штатива имеются 3 скобы, расположенные по окружности диаметром примерно 15 см. Можно предположить, что скобы служили упором для сосуда, т.к. на лакированной поверхности видны следы, напоминающие следы оставленные горячим предметом с плоским круглым дном.
На этом же приборе можно было показывать опыты, доказывающие, что давление насыщенного пара не зависит от объема. При откидывании пары крючков любую трубку можно было легко наклонять, не вынимая из чашки с ртутью. Цилиндр с водой при демонстрации не использовался.
>m; при выпрямлении трубки Е1 пар расширяется, и избыток жидкости уменьшается; но в обоих случаях вертикальная высота h ртути в трубке остается та же».^[4]
Можно предположить, что данная модификация прибора Дальтона являлась многофункциональной демонстрационной моделью. Установка предназначалась для показа основных свойств насыщенного пара: а) зависимости давления насыщенного пара от температуры одновременно для нескольких жидкостей; б) независимости давления насыщенного пара от объема. Кроме того, если снять обойму с барометрическими трубками, то прибор «превращался» в барометр Торричелли и мог служить для наблюдений за изменением атмосферного давления. Таким образом, исследование учебно-методических пособий разных лет позволило распознать прибор коллекции физического кабинета Академии (СПб АППО) и проследить изменения прибора Дальтона от научного прибора к учебному прибору, приспособленного для решения задач обучения.

[1] Любимов Н.А. “Начальная физика” (1873)

[2] Постников А.П. «Курс физики» (1914) П.А.Знаменский. «Лабораторные занятия по физике в средней школе». Часть 2.

[3] Работы по молекулярной физике и теплоте, по электричеству и оптике. УЧПЕДГИЗ.- Ленинград.1955

[4] Постников А.П. «Курс физики» (1914)