Nr ćwicz. 100	Data 06.03.03	Paweł Matuszak	wydział elektryczny	Semestr II	E9 1
mgr Janusz Rzeszutek		przygotowanie:	wykonanie:	ocena:

Wyznaczanie gęstości ciał stałych za pomocą piknometru

Gęstość ciała stałego wyznaczamy za pomocą piknometru poprzez następujące czynności:

1. Ważymy próbkę substancji na wadze - wyznaczamy masę m₁ będącą masą łączną próbki substancji oraz papierowej tacki, na której była ona umieszczona.

2. Wyznaczamy masę papierowej tacki m_K.

3. Wyznaczamy masę piknometru napełnionego wodą destylowaną - m₂.

4. Umieszczamy próbkę wewnątrz piknometru z wodą destylowaną, usuwamy pęcherzyki powietrza oraz nadmiar wody, osuszamy piknometr i wyznaczamy masę układu - m₃.

Masa m₃ jest mniejsza od sumy mas m₁ - m_K + m₂ o masę wody m_w która się wylała. Znając gęstość wody destylowanej (z tablic: d_w = 998,2 kg/m³=0,9982 g/cm³) można obliczyć objętość próbki substancji.

Gęstość substancji wyznaczamy dzieląc jej masę przez objętość

Pomiary:

ciało	m1 [g]	mK [g]	m2 [g]	m3 [g]
aluminium	23,87	1,80	99,06	112,90
mosiądz	63,19	1,73	99,06	153,71
ołów	151,67	1,33	99,06	236,23

W pomiarach występować może jedynie błąd systematyczny wynikający z dokładności urządzeń pomiarowych. Dokładność ta wynosi Δm=0,01 [g]

ciało	d [g/cm^3]	Δd [g/cm^3]
aluminium	2,682	0,011
mosiądz	9,025	0,050
ołów	11,415	0,034

Wyznaczanie gęstości ciał stałych za pomocą wagi Jolly'ego

Przy wyznaczaniu gęstości ciał stałych za pomocą wagi Jolly'ego skorzystamy z następujących praw:

1. prawa Hooke'a - wydłużenie sprężyny jest wprost proporcjonalne do działającej na nią siły (w tym przypadku ciężaru) Δl = k P (k - współczynnik proporcjonalności)

2. prawa Archimedesa - ciało wypiera tyle wody, ile samo waży

Przebieg doświadczenia:

1. Notujemy położenie wskaźnika wagi bez obciążenia - a

2. Umieszczamy próbkę na szalce nie zanurzonej w wodzie i notujemy położenie wskaźnika - b. Zgodnie z prawem Hooke'a ciężar próbki można wyrazić wzorem:

Stąd masa próbki wynosi:

3. Umieszczamy próbkę na szalce zanurzonej w wodzie i notujemy położenie wskaźnika - c. Na ciało działa w tym przypadku również siła wyporu równa ciężarowi wypartej wody:

Dodając stronami powyższe równanie i równanie z punktu 2 otrzymujemy ciężar wypartej wody:

Wiedząc, że m_w = V d_w wyznaczamy objętość wypartej wody równą objętości próbki:

Podstawiając wzór na objętość i masę do wzoru na gęstość otrzymujemy:

Pomiary:

ciało	a [cm]	b [cm]	c [cm]
aluminium	23,7	24,0	23,9
mosiądz	23,7	25,0	24,9
ołów	23,7	25,5	25,3

W pomiarach występować może błąd systematyczny wynikający z dokładności pomiarów. Dokładność ta wynosi we wszystkich przypadkach Δx=0,1 [cm]

ciało	d [g/cm^3]	Δd [g/cm^3]
aluminium	3,00	6,00
mosiądz	12,98	26,00
ołów	8,98	8,99

Porównanie wyników

ciało	piknometr		waga Jolly'ego		wartość z tablic [g/cm^3]
		d [g/cm^3]	Δd [g/cm^3]	d [g/cm^3]		Δd [g/cm^3]
aluminium	2,682	0,011	3,00	6,00	2,70
mosiądz	9,025	0,050	12,98	26,00	8,44
ołów	11,415	0,034	8,98	8,99	11,34

Wnioski

Pomiary wykonane piknometrem niewiele odbiegają od wartości odczytanych z tablic. Wynik może nie mieścić się w błędzie w skutek różnych warunków, takich jak ruchy powietrza podczas warzenia ciała lub zmiana temperatury wody (a z tym i jej gęstości) przy osuszaniu piknometru.

Pomiary wykonane wagą Jolly'ego charakteryzują się dużym błędem, wynikającym z niewielkiej masy mierzonej próbki ciała stałego oraz z dużego stosunku dokonanych pomiarów do ich dokładności.

Podsumowując, dokładniejsze wartości gęstości ciał stałych uzyskuje się za pomocą piknometru.

---