POLITECHNIKA CZĘSTOCHOWSKA

INSTYTUT FIZYKI

ĆWICZENIA LABORATORYJNE Z FIZYKI

Ćwiczenie nr 7

Temat : Wyznaczanie gęstości cieczy i ciał stałych za pomocą piknometru .

Mazurek Tomasz

Marczewski Marcin

Wydział Budowy Maszyn

Rok II Semestr III

WPROWADZENIE TEOETYCZNE

I . Pojęcie gęstości.

Gęstością danego ciała nazywamy stosunek jego masy m do objętości V.

Liczbowo, gęstość wyraża ile kilogramów wynosi masa 1 m³ objętości danego materiału. Jednostką gęstości jest
, jednak w naszym przypadku łatwiej będzie przedstawić wyniki w
.

II . Pojęcie gęstości względnej.

Gęstością względną nazywamy stosunek gęstości danego ciała d₁ do gęstości d₂ innego ciała przyjętego za wzorcowe:

Gęstość względna jest liczbą niemianowaną.

Gdy objętości ciał są równe, to gęstość względna równa jest stosunkowi mas:

Ciało względem którego określamy gęstość względną nazywa się wzorcowym. Najczęściej jako wzorcowe ciało używamy wodę destylowaną. Gęstość wody destylowanej w temperaturze 4⁰C i pod ciśnieniem 760 mm Hg jest równa 1000 kg/m³. Gęstość względna jakiegoś ciała w stosunku do gęstości wody przy 4⁰C jest praktycznie równa gęstości bezwzględnej tego ciała (różni się tylko brakiem miana).

SPOSÓB PRZEPROWADZANIA POMIARÓW

I . Zestaw pomiarowy .

Do wyznaczania gęstości cieczy potrzebna jest znajomość masy m i objętości V. Do pomiarów tych wielkości używamy wagi analitycznej i piknometru.

Piknometr jest to niewielkie naczynie w kształcie kolby z dokładnie doszlifowanym korkiem. W środku korka znajduje się kanalik przez który może wypływać nadmiar cieczy z naczynia.

Rys. Piknometr

II . Wyznaczanie gęstości cieczy.

Przed przystąpieniem do pomiarów należy dokładnie wymyć piknometr i wysuszyć. Najlepiej przemyć cieczą szybko parującą np. alkoholem. Po wysuszeniu ważymy piknometr na wadze analitycznej, oznaczając jego masę przez m₁. Następnie napełniamy wodą destylowaną, zamykamy korkiem i zbieramy bibułą wodę wypływającą przez kanalik w korku, oraz osuszamy dokładnie zewnętrzną część piknometru. Ważymy piknometr napełniony wodą destylowaną - jego masę oznaczamy przez m_2. Wylewamy wodę osuszamy piknometr i napełniamy badaną cieczą. Wyznaczamy masę piknometru z badaną cieczą m₃.

Masa cieczy:

Masa wody destylowanej:

ponieważ:

gdzie
- gęstość wody w temperaturze t

zatem:

Objętość cieczy jest równa objętości wody destylowanej, a zatem gęstość cieczy d

Gęstość
odczytać należy z tablic dla temperatury wody używanej do pomiarów.

III . Wyznaczanie gęstości ciał stałych.

Przemyty i dokładnie wysuszony piknometr napełniamy wodą destylowaną i ważymy na wadze analitycznej, oznaczamy masę piknometru z wodą przez m₁. Wyznaczamy masę danego ciała stałego, w postaci granulek, przez m₂. Wrzucamy granulki do piknometru napełnionego wodą. Wstrząsamy kilkakrotnie usuwając pęcherzyki powietrza, zamykamy piknometr korkiem. Pewna objętość wody równa objętości ciała zanurzonego wylewa się z piknometru. Po osuszeniu ważymy piknometr z wodą i ciałem stałym i oznaczamy masę przez m₃. Masa wody, która wylała się z piknometru po wrzuceniu ciała:

ponieważ:

można zapisać że:

Objętość wody która wylała się z piknometru:

Objętość ta równa jest objętości wrzuconych do piknometru granulek. Ostatecznie więc gęstość badanego ciała stałego wynosi:

INTERPRETACJA WYNIKÓW

I . Wyniki pomiarów.

Gęstość cieczy

Gęstość ciała stałego

RACHUNEK BŁĘDÓW

Przy pomiarze gęstości cieczy.

W naszym przypadku niepewność pomiarowa jest równa dokładności wagi, przy pomocy której ważyliśmy piknometr:

Zatem:

Więc:

Przy pomiarze gęstości ciała stałego.

Więc:

PODSUMOWANIE

Zaletą pomiaru gęstości za pomocą piknometru jest prostota wykonania , jednak wymaga ona bardzo dokładnego dokonania pomiarów . Jeżeli piknometr nie zostanie dokładnie wysuszony lub pozostaną

w nim pęcherzyki powietrza pomiar może być obarczony bardzo dużym błędem . Spowodowane jest to bardzo niewielkimi rozmiarami piknometru przy których już niewielkie niedokładności przy pomiarze dają w wyniku kolosalne błędy . Poza tym sposób ten wymaga zastosowania bardzo dokładnej wagi . Uzyskane wyniki pomiarów sa zadawalające przy pomiarze gęstości gliceryny , wynik różni się od właściwego o 0,04
, natomiast wynik przy pomiarze gęstości ciała stałego dość znacznie różni się od rzeczywistej wartości .Różnica ta wynosi ok. 1,38
.