🧪

Lab 99 — แมนอมิเตอร์หลอดตัว U และบารอมิเตอร์ปรอท (3D)

Manometer & Barometer — ต่อหลอดตัว U กับขวดแก๊สที่มีกระบอกฉีดยา หรือถังแก๊สปริศนา อ่านระดับของเหลวสองแขน หาความดันเกจ ρgΔh · เทียบน้ำกับปรอท · บารอมิเตอร์ของทอร์ริเชลลี เอียงหลอดแล้วความสูงแนวดิ่งเท่าเดิม · วัดความดันบรรยากาศที่ระดับน้ำทะเล ดอยอินทนนท์ และสถานที่ปริศนา

3D · three.js KP Science simulation
🎯 สิ่งที่ต้องวัด: ระดับของเหลวแขนซ้าย–ขวาของหลอดตัว U · ปริมาตรบนกระบอกฉีดยา · ความสูงแนวดิ่งของลำปรอทในบารอมิเตอร์ — รายละเอียดวัตถุประสงค์อยู่ในแท็บ 📋 วิธีการทดลอง
🖐 ลากก้านลูกสูบเพื่ออัด/ดึงแก๊ส · แตะด้ามวาล์วเพื่อหมุน · ลากหลอดบารอมิเตอร์เพื่อเอียง · ลากตัวเลื่อนแดงบนไม้เมตร
🖱 ลากที่ว่าง = หมุนภาพ · ล้อ = ซูม · Shift+ลาก = เลื่อน
📱 1 นิ้ว = ลาก/หมุน · 2 นิ้ว = ซูม/เลื่อน
⚠️ โหลดไลบรารี 3D (three.js) ไม่สำเร็จ หรือเบราว์เซอร์นี้ไม่รองรับ WebGL
จึงอ่านสเกลในภาพ 3D ไม่ได้ — เปลี่ยนเป็นโหมด ⚡ อัตโนมัติ ในแผงด้านข้างเพื่อให้ระบบอ่านค่าให้
📝 บันทึกผลการวัด
โหมดการทดลอง
ตารางบันทึกผลและค่าปริศนาที่ซ่อนไว้ไม่เปลี่ยน
🧭 ตอนนี้ต้องทำอะไร
🧪 หลอดตัว U (แมนอมิเตอร์)
🔀 วาล์ว 3 ทาง ต่อแขนซ้ายกับ…
หมุนวาล์วไปที่ขวดเมื่อใด แก๊สในขวดจะถูกปิดไว้ที่ความดันบรรยากาศ โดยลูกสูบอยู่ที่ 10.0 mL เสมอ · ขวดรวมสายยางจุ 1000 mL · ลากก้านลูกสูบหรือกดปุ่ม แล้วอ่านปริมาตรบนกระบอกเอง
🌡 บารอมิเตอร์ปรอท (ทอร์ริเชลลี)
หลอดแก้วยาว 95 cm ปิดปลายบน คว่ำในอ่างปรอท · ลากหลอดเพื่อเอียง (0–60°) · ลากตัวเลื่อนแดงบนไม้เมตรให้เส้นแดงแตะยอดลำปรอท แล้วอ่านความสูง (0 = ผิวปรอทในอ่าง)
📊 ผลที่บันทึกล่าสุด
ยังไม่มีการบันทึก — อ่านสเกลในภาพ 3D แล้วกรอกในกรอบ “📝 บันทึกผลการวัด” ใต้ภาพ
📋 ตารางบันทึกผล
① แมนอมิเตอร์หลอดตัว U
② บารอมิเตอร์ปรอท
📈 กราฟจากข้อมูลที่บันทึก
🎯 ตรวจคำตอบ
ความดันเกจในถังแก๊ส X = kPa
ความดันบรรยากาศที่สถานที่ X = kPa
ถังแก๊ส X: คลาดไม่เกิน 4% · สถานที่ X: คลาดไม่เกิน 1% · โหมดวัดเองไม่แสดงค่าจริง

วัตถุประสงค์

เมื่อจบการทดลองนี้ นักเรียนสามารถ

  1. ใช้แมนอมิเตอร์หลอดตัว U วัดความดันเกจของแก๊สจากผลต่างระดับของเหลว Pเกจ = ρgΔh
  2. อธิบายว่าของเหลวต่างชนิดให้ Δh ต่างกัน แต่คำนวณความดันได้เท่ากัน และเหตุใดจึงเลือกใช้ปรอทหรือน้ำ
  3. หาความดันเกจของแก๊สในถังปริศนา X
  4. ใช้บารอมิเตอร์ปรอทวัดความดันบรรยากาศ และแสดงว่าความสูงแนวดิ่งของลำปรอทไม่ขึ้นกับการเอียงหลอด
  5. เปรียบเทียบความดันบรรยากาศที่ระดับน้ำทะเลกับที่สูง และหาความดันที่สถานที่ปริศนา X

อุปกรณ์ (เสมือนจริง)

ขั้นตอน

ตอน ก: อัดแก๊สในขวดแล้วอ่านหลอดตัว U

  1. ใส่ 💧 น้ำ หมุนวาล์วไปที่ 💉 ขวด + กระบอกฉีดยา (ลูกสูบเริ่มที่ 10.0 mL)
  2. ดันลูกสูบเข้า (เช่นไปที่ 8, 6, 4 mL) และดึงออก (12, 14 mL) · รอให้ของเหลวหยุดแกว่ง
  3. กด 📏 ระดับแขนซ้าย และ 📏 ระดับแขนขวา อ่านระดับ · กด 💉 กระบอกฉีดยา อ่านปริมาตร · บันทึก
  4. ดูกราฟ P เกจ – ΔV: ดันเข้า (ΔV ติดลบ) ความดันเกจเป็นบวก แขนไหนสูงขึ้น · ดึงออกเป็นอย่างไร

ตอน ข: ถังแก๊สปริศนา X

  1. หมุนวาล์วไปที่ ❓ ถังแก๊ส X อ่านระดับทั้งสองแขนด้วยน้ำ บันทึก · เปลี่ยนเป็น ⚪ ปรอท ต่อถัง X อีกครั้ง บันทึก
  2. ถังมีความดันคงตัว: เทียบ Δh ของน้ำกับปรอท (ควรต่างกันราว 13.6 เท่า) แต่ ρgΔh ได้เท่ากัน · ค่าจากน้ำละเอียดกว่าเพราะ Δh ยาวกว่า

ตอน ค: บารอมิเตอร์

  1. สถานที่ ระดับน้ำทะเล: กด 📏 ยอดลำปรอท ลากตัวเลื่อนให้เส้นแดงแตะยอดลำปรอท อ่านความสูง h · บันทึก
  2. เอียงหลอด 20°, 40° แล้ววัดความสูงแนวดิ่งอีกครั้ง · ลองเอียงจนหลอดเต็มไปด้วยปรอท
  3. เปลี่ยนเป็น ดอยอินทนนท์ และ สถานที่ X วัด h แล้วคำนวณ P = ρปรอทgh
⚠️ อ่านสเกลทุกอย่างจากภาพ 3D เอง — โหมดวัดค่าเองไม่บอกตัวเลข · รอให้ของเหลวในหลอดตัว U หยุดแกว่งก่อนอ่าน · ถ้าดันลูกสูบมากเกินไปกับน้ำ ของเหลวจะดันขึ้นจนเกือบล้นหลอด ระบบจะไม่ยอมให้ดันต่อ

ตารางบันทึกผล (ตัวอย่างหัวตาราง)

หลอดตัว U: ของเหลว | แหล่งแก๊ส | ระดับซ้าย (cm) | ระดับขวา (cm) | Δh = ขวา − ซ้าย | Pเกจ = ρgΔh | ΔV = V − 10.0 mL
บารอมิเตอร์: สถานที่ | มุมเอียง | h (cm) | P = ρปรอท g h

คำถามท้ายการทดลอง

  1. เมื่อดันลูกสูบเข้า ระดับของเหลวแขนไหนสูงขึ้น เพราะเหตุใด
  2. ความดันเกจเท่ากัน ทำไม Δh ของน้ำจึงมากกว่าของปรอทประมาณ 13.6 เท่า
  3. ถ้าใช้น้ำแทนปรอททำบารอมิเตอร์ จะต้องใช้หลอดยาวอย่างน้อยกี่เมตร
  4. เมื่อเอียงหลอดบารอมิเตอร์ ความยาวของลำปรอทในหลอดเพิ่มขึ้น แต่ความสูงแนวดิ่งไม่เปลี่ยน อธิบายเหตุผล
  5. ทำไมความดันบรรยากาศบนดอยอินทนนท์จึงต่ำกว่าที่ระดับน้ำทะเล

1. แมนอมิเตอร์หลอดตัว U

ที่ระดับเดียวกันในของเหลวชนิดเดียวกันที่ต่อถึงกัน ความดันเท่ากัน · เลือกระดับผิวของเหลวแขนซ้าย (ต่ำกว่า) เป็นระดับอ้างอิง ความดันที่ระดับนี้ในแขนขวาเท่ากับความดันบรรยากาศบวกน้ำหนักของลำของเหลวสูง Δh

Pแก๊ส = P₀ + ρ g Δh → Pเกจ = Pแก๊ส − P₀ = ρ g Δh
Δh = ระดับขวา − ระดับซ้าย (บวกเมื่อแก๊สมีความดันมากกว่าบรรยากาศ)
ความดันเท่ากัน: ρน้ำ Δhน้ำ = ρปรอท Δhปรอท → Δhน้ำ/Δhปรอท = 13.6

ของเหลวที่เบาอย่างน้ำให้ Δh มาก อ่านความดันเล็ก ๆ ได้ละเอียด · ปรอทหนาแน่นมากให้ Δh น้อย จึงใช้วัดความดันสูงได้โดยหลอดไม่ต้องยาว

2. อัดแก๊สในขวด (กฎของบอยล์)

อุณหภูมิคงตัว: P V = คงตัว → P = P₀ V₀ / V
V₀ = 1000 + 10 mL · ดันลูกสูบเข้า ΔV = −2 mL → Pเกจ ≈ P₀ (2/1010) ≈ 0.2 kPa ≈ น้ำสูง 2 cm

3. บารอมิเตอร์ของทอร์ริเชลลี

เหนือลำปรอทในหลอดเป็นสุญญากาศ (ความดันเกือบศูนย์) ความดันที่ผิวปรอทในอ่างเท่ากับความดันบรรยากาศ จึงค้ำลำปรอทไว้ได้สูง h

P₀ = ρปรอท g h (ρ = 13 600 kg/m³)
ความดันบรรยากาศมาตรฐาน 101.3 kPa → h = 0.760 m = 760 mmHg
ความสูง h วัดในแนวดิ่ง จากผิวปรอทในอ่าง ไม่ขึ้นกับการเอียงหรือขนาดหลอด
💡 แบบจำลอง: g = 9.8 m/s² · ความดันบรรยากาศของวันที่ระดับน้ำทะเลสุ่มในช่วง 100.8–101.9 kPa · ความดันลดลงตามความสูงแบบเลขชี้กำลัง P = P₀ e−z/8400 m · ความสูงของสถานที่ X และความดันเกจในถัง X สุ่มต่อการเปิดหน้า · แก๊สในขวดอุณหภูมิคงตัว · ของเหลวในหลอดตัว U แกว่งแบบหน่วง (คาบราว 1 s) ก่อนหยุดนิ่ง · ไม่คิดแรงตึงผิวและความดันไอของปรอท