Pomiar gęstości cieczy i ciał stałych za pomocą piknometru.

Pomiar gęstości metodą hydrostatycznego ważenia.

Wykonali:

xxx

xxx

Grupa 2a

Zespół 1

Kierunek: Inżynieria Środowiska

Wydział: Ochrony Środowiska i Rybactwa

Piknometr - jest to naczynie szklane o stałej pojemności. Najczęściej są stosowane piknometry w kształcie kolbki, zamkniętej dokładnie doszlifowanym korkiem szklanym, mającym włoskowaty otworek, przez który wylewa się nadmiar cieczy podczas zamykania napełnionego piknometru. W korku niektórych piknometrów może być osadzony termometr do bezpośredniego odczytu temperatury pomiaru. W czasie pomiaru piknometr należy ujmować tylko za szyjkę, aby przez ogrzanie ręką nie zmieniać objętości zbiornika z cieczą.

Istnieją cztery główne rodzaje piknometrów:

- z otworem kapilarnym

- z termometrem i kapilarą

- ze znakiem i korkiem ze szlifem

- u-kształtny piknometr (stosowany do pomiarów gęstości lotnych cieczy).

Piknometry trudno jest stosować do niskowrzących cieczy, ponieważ wtedy parowanie z kapilary zaczyna mieć wpływ na wynik pomiaru. Pomiar piknometrem substancji silnie toksycznych oraz wchodzących łatwo w reakcję z tlenem lub wilgocią wymaga zastosowania wagi i termostatu umieszczonych w komorze rękawicowej.

Piknometry wykorzystywane są m.in. przy pomiarach gęstości, i pozwalają na uzyskanie najdokładniejszych wyników, wśród wszystkich metod densymetrycznych.

POMIAR GĘSTOŚCI CIECZY - pomiar polega na wyznaczeniu masy cieczy badanej oraz masy wody destylowanej o tej samej objętości i w tej samej temperaturze. Piknometr służy do odmierzania tej samej objętości cieczy badanej i wody destylowanej.

- masa cieczy badanej

- masa wody destylowanej

Gęstość względna d:

- masa pustego piknometru

- masa piknometru z wodą destylowaną

- masa piknometru z cieczą badaną

Gęstość bezwzględna cieczy:

Wykonanie pomiaru:

1. Zważyć pusty, dokładnie osuszony piknometr.

2. Napełnić piknometr wodą destylowaną i zamknąć korkiem; osuszyć go z zewnątrz i zważyć.

3. Wylać wodę, po starannym osuszeniu napełnić piknometr badaną cieczą i zważyć.

4. Obliczyć gęstość względną i bezwzględną badanej cieczy. Gęstość bezwzględną wody destylowanej w temperaturze pomiaru odczytać z tablic.

5. Wyniki przedstawić w tabelce.

POMIAR GĘSTOŚCI CIAŁ STAŁYCH - aby wyznaczyć gęstość ciała, należy znać jego masę i objętość.

- masa piknometru z wodą destylowaną

- masa piknometru z wodą i masa ciała badanego

- masa piknometru z ciałem badanym i wodą pozostałą w piknometrze po wrzuceniu do niego ciała badanego

Masa ciała badanego:


Objętość ciała badanego:



- masa wody wypartej

- gęstość wody

Wykonanie pomiaru:

1. Napełnić piknometr wodą destylowaną, zamknąć korkiem szklanym, osuszyć z zewnątrz i zważyć - masa
   

2. Obok piknometru z wodą położyć na szalkę badaną substancję i zważyć.

3. Wsypać badane ciało do piknometru. Osuszyć dokładnie piknometr i zważyć.

4. Obliczyć gęstość bezwzględną i względną ciała badanego. Wartość gęstości bezwzględnej wody w temperaturze pomiaru odczytać z tablic.

5. Pomiar wykonać dla dwóch ciał badanych.

6. Wyniki pomiaru zestawić w tabelce.

POMIAR GĘSTOŚCI METODĄ HYDROSTATYCZNEGO WAŻENIA

Pomiar gęstości metodą hydrostatycznego ważenia jest oparty na prawie Archimedesa: na ciało zanurzone w płynie działa wypadkowe parcie zwrócone pionowo do góry, które jest równe ciężarowi płynu o objętości zanurzonego ciała. Parcie to nazywamy wyporem hydrostatycznym. Przyczyną wyporu hydrostatycznego jest różnica ciśnień hydrostatycznych działających z dołu i z góry na zanurzone ciało
. Ciśnienia boczne się równoważą. Podobnie jest w gazach, w których jednak przy niewielkich objętościach ciał zanurzonych wypór jest bardzo mały i jest brany pod uwagę jedynie w pomiarach bardzo dokładnych. Jeżeli objętość ważonego ciała jest taka sama jak objętość użytych odważników, to wypór nie ma żadnego wpływu na wynik ważenia.

Ciało badane ważymy w powietrzu (ciężar P) oraz zanurzone w wodzie (ciężar Q). Różnica P-Q jest równa ciężarowi wody o objętości ciała badanego całkowicie zanurzonego.




Stąd objętość ciała badanego wynosi:

ciężar właściwy wody

Ciężar właściwy ciała badanego wyraża się wzorem:

Zależność między ciężarem właściwym danego ciała a jego gęstością wyraża się wzorem:


g - przyspieszenie ziemskie

Możemy zatem wzór:

napisać następująco:

Stąd gęstość ciała, które tonie w wodzie, wyrazi się wzorem:

Gęstość ciała nie tonącego w wodzie wyznaczamy następująco: aby spowodować zanurzenie ciała badanego w wodzie, co umożliwia wyznaczenie jego objętości, doczepiamy do niego obciążnik metalowy (walec metalowy, którego gęstość wyznaczamy w pierwszej części ćwiczenia).

P - ciężar ciała badanego w powietrzu
Q - ciężar ciała badanego w wodzie
R - ciężar obciążnika w wodzie
T - ciężar ciała z obciążnikiem w wodzie
V - objętość ciała badanego

Z prawa Archimedesa wynika, że ciężar ciała w powietrzu jest równi ciężarowi ciała zanurzonego w wodzie (Q) i wody wypartej przez to ciało (
)

Ciężar T jest sumą ciężarów Q i R:

T = Q + R

Obliczamy V:

Ciężar właściwy wyraża się wzorem:




ostatecznie otrzymujemy:

gęstość tego ciała wynosi:

Wykonanie pomiaru:

1. Badaną bryłę metalową zawiesić na haczyku, na którym jest również zawieszona szalka i wyznaczyć ciężar bryły w powietrzu (P).

2. Postawić zlewkę z wodą destylowaną na podstawce, tak aby zawieszone ciało zanurzyło się całkowicie w wodzie i zważyć je (Q).

3. Obliczyć gęstość ciała badanego. Gęstość bezwzględną wody w temperaturze pracowni odczytać z tablic.

4. Wykonać pomiary dla dwóch lub więcej ciał.

5. Zważyć w powietrzu ciało nie tonące w wodzie, np. kulkę z parafiny, drewna lub korka (P).

6. Zawiesić ciało na ramieniu wagi, a pod nim ciało, którego gęstość już wyznaczyliśmy. Całość zanurzyć w wodzie i zważyć (T).

7. Obliczyć gęstość ciała badanego.

8. Wyniki zestawić w tabelce.