Ćwiczenie nr Wyznaczanie gęstości cieczy za pomocą wagi Mochra i gęstości ciała stałego i cieczy przy pomocy piktometru.
Marcin Pajdzik Elektronika rok I	12 .04.1999r.	Ocena:

1. Wstęp.

Celem ćwiczenia był pomiar gęstości cieczy za pomocą piknometru. Gęstość danej substancji określa się jako stosunek jej masy do objętości:
Wzór ten określa gęstość substancji jednorodnej. W przypadku substancji niejednorodnej gęstość jest funkcją położenia punktu

i stanowi granicę stosunku jej masy do objętości, gdy objętość zmniejsza się do danego punktu. Jednostką gęstości w układzie SI jest
, a gęstość i ciężar właściwy są związane zależnością: γ=ρ*** ( g - miejscowe przyśpieszenie ziemskie ).

Gęstość ciała zależy od temperatury:

Jedną z metod wyznaczania gęstości jest metoda piknometryczna. Piknometr jest to naczynie pozwalające na dokładne ustalenie objętosci cieczy w nim zawartej. Mierząc kolejno masę pustego piknometru, masę piknometru z badanym ciałem, masę piknometru z badanym ciałem wraz z wodą destylowaną i masę piknometru z badaną cieczą , oraz znając gęstość wody destylowanej można

mpd - mp

wyznaczyć gęstość badanej cieczy ze wzoru: ρ_d = _____ ρw

lub ciała stałego ze wzoru : mpw - mp

mc

ρ_c = _________ ρw .

mpw + mc - mpwc

We wszyskich pomiarach masy korzystaliśmy z wag, czyli przyrządów służących do pomiaru masy ciała, przez wykorzystanie równowagi momentów sił ciężkości wytworzonych przez ciało ważone i odważniki. Ze względu na zasadę dziłania rozróżniamy następujące rodzaje wag : dźwigniowe, sprężynowe, torsyjne, hydrauliczne i elektryczne. Wagi dzielimy ponadto ze wzgledu na sposób uzyskiwania równowagi, wagi o równoważeniu: automatycznym, nieautomatycznym i półautomatycznym. Podstawowymi własnościami metrologicznymi wag są:

1. obciążenie maksymalne⇒największe obciążenie, powyżej którego ważenie jest niemożliwe

lub zabronione,

2. obciążenie minimalne ⇒poniżej którego wyniki ważenia mogą być obarczone zbyt dużym

błędem względnym,

3. czułość ⇒ stosunek zmiany położenia równowagi do wartości masy powodującej tę

zmianę,

4. błąd wskazania ⇒ różnica między wskazaniem wagi i prawdziwą masą ważonego ciała.

Zestaw do naszego doświadczenia to :

waga labolatoryjna ,

waga analityczna-półautomatyczna,

piknometr,

woda destylowana, badane ciało oraz badana ciecz (denaturat).

WAGA MOHRA:

WODA		DENATURAT
Wartość odważnika [kg]	Odległość od osi obrotu [m]	Wartość odważnika [kg]	Odległość od osi obrotu [m]
0,01	0,02	0,01	0,03
0,01	0,08	0,01	0,05
0,0001	0,09	0,0001	0,08

ρ_d =0,799008 [kg/m³]

PIKTOMETR:

Wyniki pomiarów mas:

Piknometr	Piknometr + c. stałe	Piknometr + c. stałe + woda destylowana	Piknometr + Woda destylowana	piknometr + denaturat
Mp [g]	Mpc [g]	Mpcw [g]	Mpw [g]	Mpd [g]
23,6802	55,0148	74,2054	47,8222	44,4974

Błąd pomiaru masy wynosi ±0,0002 * 10^-3 kg

Wyznaczanie gęstości .

Obliczenia gęstości ciała stałego.

mc = mpc - mp - masa ciała stałego

mc = 0,0550148 kg - 0,0236802 kg = 0,031,3346 kg

mc

ρ_c = _________ ρ w ρw = 0.997771 [ kg/m3 ] w temperaturze 22 °C

mpw + mc - mpwc

ρ_c =6,314326 kg / m³

Obliczenia błędu wyznaczenia gęstości ciała stałego:

Δmc = Δmpc + Δmp = 0,0002 g + 0,0002g = 0,0004g

Δρ_c Δmc Δmc + Δmpw - Δmpwc

_ = __ + _____________ 100 %

ρ_c mc mpw + mc + mpwc

δρ_c = 0,002%

Obliczenia gęstości cieczy (denaturat).

mpd - mp

ρ_d = _______ ρw ρw = 0.997771 [ kg / m3 ] w temp. 22C

mpw - mp

ρ_d = 0,860359 [ kg / m3 ]

Obliczenia błędu wyznaczenia gęstości cieczy.

Δmp = Δmpd = Δmpw = 0.0002 g

Δρ_d Δmp Δmp Δmpd Δmpw

_ = _____ + _____ + _____ + _____ 100 %

ρ_d mpw - mp mpd - mp mpd - mp mpw - mp

δρ_c = 0,004%

5. Wnioski.

Wykonane ćwiczenie pozwoliło nam zapoznać się z techniką ważenia na wadze analitycznej półautomatycznej oraz w praktyczny sposób zbadać gęstość dowolnego ciała stałego i cieczy za pomocą piknometru. Istnieje wiele metod wyznaczania gęstosci ciał. Niektóre znich opierają się na prawie Archimedesa. Na podstawie prawa Archimedesa gęstość wyznaczasię za pomocą wagi hydrostatycznej, wagi Jolly'ego, wagi Mohra, areometru, piknometru. Często stosuje się inne metody wyznaczania gęstości, np. przez bezpośredni pomiar masy objętości albo za pomocą naczyń połączonych. Wybór metody wyznaczania gęstosci zależy m.in. od rodzaju badanej substancji. Jedną z podstawowych metod labolatoryjnych wyznaczania gęstości ciał stałych i cieczy jest metoda piknometryczna, którą właśnie posłużyliśmy się przy wykonywaniu naszego doświadczenia.

Błędy obliczenia gęstości ciała stałego i cieczy uzależnione były zasadniczo od dokładności stosowanej wagi. Zastosowana w tym doświadczeniu półautomatyczna waga analityczna o dość dużej dokładności (0.2 mg) zapewniała nam odpowiednio wysoki poziom dokładności wyznaczania poszczególnych mas. W obliczeniach błędów nie wzięto pod uwagę błędu gęstości wody destylowanej, która zmienia się w zależności od temperatury. Przyjęto jedynie jej wartość dla temperatury równej 22C. Temperaturę taką wskazywał termometr ścienny w laboratorium. Jednak nie ma pewności czy termometr ten wskazywał rzeczywistą temperaturę wody destylowanej, czy też jedynie temperaturę powietrza w sali.

Przy pomiarze musiało zaistnieć oprócz wyżej wspomnianego błędu gęstości wody destylowanej jeszcze wiele innych błędów, które nie można w łatwy sposób ująć w rachunku błędów. Do sądu takiego skłania nas rozbieżność pomiędzy wynikami pomiarów gęstości deneturatu dwoma różnymi metodami. Przede wszystkim istniały duże problemy z osuszeniem piknometru. Wiele do życzenia pozostawiało także odpowietrzenie próbek. Przy dokładniejszych oznaczeniach gęstości realizuje się to przez wypompowywanie powietrza pompą próżniową lub gotowanie na łaźni wodnej. Nie było też czasu, aby dokonać ważenia poszczególnych odważników i sprawdzenia czy ich masa nie uległa zmianie w wyniku ich eksploatacji ( np. mogły ulec częściowej korozji, zabrudzeniu, wytrzeć się ).

Ogólnie należy stwierdzić, że pomiar gęstości przy pomocy piknometru jest wystarczająco dokładny dla wielu zastosowań technicznych.

---