PWSZ w Ciechanowie Instytut Inżynierii	Nr Zespołu 3	Nr ćwiczenia 303
		Data 30.05.2006r.
Imię i nazwisko: Paweł Cendrowski	Nazwa ćwiczenia: Konduktometria. Badanie przewodnictwa elektrolitów.	Ocena
Prowadzący: Dr R.Rumianowski

1.

Napełniliśmy naczynie wodą destylowaną do ok. ¾ objętości. Wykonaliśmy obwód według poniższego schematu. G - generator.

2.

Określiliśmy powierzchnię zanurzoną elektrod która wynosiła

S=
=105
=0,0105

3.

Dla częstotliwości 50 Hz zbadaliśmy zależność I(U) natężenia prądu w funkcji napięcia dla 5 punktów pomiarowych. Pomiary następnie zapisaliśmy w tabeli i powtórzyliśmy kolejno dla

częstotliwości 200Hz, 500Hz i 1000Hz.

Dla f=50 Hz Dla f=200Hz

U[V]	I[A]
6,64	0,007
10,02	0,011
12,08	0,014
15,76	0,019
19,79	0,025
U[V]	I[A]
6,63	0,010
10,37	0,016
12,48	0,019
15,70	0,024
19,52	0,031

Dla f=500 Hz Dla f=1000Hz

U[V]	I[A]
6,73	0,011
10,48	0,017
12,24	0,019
15,56	0,025
19,51	0,032
U[V]	I[A]
6,83	0,011
10,04	0,017
12,63	0,021
15,23	0,016
19,62	0,033

4.

Przygotowaliśmy następnie 400 ml nasyconego roztworu NaCl., 200 ml wlaliśmy do naczynia.

• Następnie określiliśmy powierzchnię zanurzoną elektrod która wynosiła:

• Dla częstotliwości 50 Hz zbadaliśmy zależność I(U) natężenia prądu w funkcji napięcia dla 5 punktów pomiarowych. Pomiary następnie zapisaliśmy w tabeli i powtórzyliśmy kolejno dla częstotliwości 200Hz, 500Hz i 1000Hz.

Dla f=50 Hz Dla f=200Hz

U[V]	I[A]
2,90	0,012
4,70	0,026
6,21	0,040
7,73	0,057
9,39	0,082
U[V]	I[A]
1,92	0,016
3,14	0,023
5,34	0,043
6,96	0,059
8,98	0,098

Dla f=500 Hz Dla f=1000Hz

U[V]	I[A]
1,99	0,013
3,87	0,032
5,85	0,049
7,22	0,066
8,51	0,085
U[V]	I[A]
2,11	0,013
5,14	0,041
6,46	0,056
8,22	0,082
9,22	0,099

4.

Następnie kolejne 200 ml nasyconego roztworu NaCl. i wlaliśmy do naczynia.

• Określiliśmy powierzchnię zanurzoną elektrod która wynosiła:

• Dla częstotliwości 50 Hz zbadaliśmy zależność I(U) natężenia prądu w funkcji napięcia dla 5 punktów pomiarowych. Pomiary następnie zapisaliśmy w tabeli i powtórzyliśmy kolejno dla częstotliwości 200Hz, 500Hz i 1000Hz.

Dla f=50 Hz Dla f=200Hz

U[V]	I[A]
2,85	0,013
4,21	0,027
6,27	0,053
7,46	0,077
8,19	0,100
U[V]	I[A]
1,78	0,012
3,24	0,023
4,71	0,037
6,53	0,071
7,90	0,098

Dla f=500 Hz Dla f=1000Hz

U[V]	I[A]
1,94	0,017
3,47	0,031
5,32	0,052
7,02	0,076
8,04	0,096
U[V]	I[A]
1,53	0,016
3,00	0,030
5,30	0,056
6,23	0,073
7,40	0,100

5.

Zależność
traktujemy jako
, gdzie U to napięcie, a I natężenie. Parametr a to rezystancja - R (z prawa Ohma
). Na podstawie danych pomiarowych, możemy dla każdej częstotliwości wykreślić zależność natężenia od napięcia oraz wyliczyć parametr a.

Wykresy dla czystej wody

Wykresy dla wody + 200ml NaCl

Wykresy dla wody + 400ml NaCl

6.

Wyliczam średnią wartość parametru a dla wody:

Wyliczam średnią wartość parametru a dla wody + 200ml NaCl:

Wyliczam średnią wartość parametru a dla wody + 400ml NaCl:

7.

Korzystając z zależności:
mogę wyznaczyć opór właściwy (rezystywność) cieczy.

Po przekształceniu mam
, gdzie l=0,3m (długość przewodnika), R - rezystancja (parametry a), natomiast S to pole przekroju przewodnika ( dla samej wody S=0,0105 [
]). I tak dla wody

[
]

Dla poszczególnych częstotliwości sposób obliczania jest analogiczny. Opór właściwy w zależności od częstotliwości dla czystej wody wynosi:

• Dla 50Hz
  [
  ]

• Dla 200Hz
  [
  ]

• Dla 500Hz
  [
  ]

• Dla 1000Hz
  [
  ]

Dla roztworu wody +200ml NaCl (
=0,0112
)
[
].

• Dla 50 Hz
  [
  ]

• Dla 200Hz
  [
  ]

• Dla 500Hz
  [
  ]

• Dla 1000Hz
  [
  ]

Dla roztworu wody +400ml NaCl (
=0,0119
)
[
].

• Dla 50Hz
  [
  ]

• Dla 200Hz
  [
  ]

• Dla 500Hz
  [
  ]

• Dla 1000Hz
  [
  ]

8.

Obliczamy przewodność właściwą (odwrotność oporu właściwego)

Dla wody przewodność właściwa to

• Dla 50Hz
  
  

• Dla 200Hz
  
  

• Dla 500Hz
  
  

• Dla 1000Hz
  
  

Dla wody + 200ml Nacl

• Dla 50Hz
  
  

• Dla 200Hz
  
  

• Dla 500Hz
  
  

• Dla 1000Hz
  
  

Dla wody + 400ml Nal

• Dla 50Hz
  
  

• Dla 200Hz
  
  

• Dla 500Hz
  
  

• Dla 1000Hz
  
  

9.

Wykresy zależności przewodności właściwej od częstotliwości
:

Dla wody

Dla wody +200 ml NaCl

Dla wody + 400ml NaCl

Wnioski:

Doświadczenie, które przeprowadziliśmy polegało na badaniu przewodnictwa elektrolitów. Sama woda jest dosyć słabym elektrolitem. W zależności od ilości dodawanego NaCl przewodnictwo roztworu zwiększa się- taki roztwór lepiej przewodzi prąd elektryczny. Woda ma mniejszą przewodność właściwą ponieważ ma o wiele większy opór właściwy niż roztwory wody z solą. Roztwór soli lepiej przewodzi prąd elektryczny, ponieważ w wyniku dysocjacji elektrolitycznej- zostają uwolnione jony (
), za pośrednictwem których przenoszone są ładunki elektryczne.

Zagadnienia

• Natężenie prądu (nazywane potocznie prądem elektrycznym) jest wielkością fizyczną charakteryzującą przepływ prądu elektrycznego zdefiniowaną jako stosunek ilości ładunku elektrycznego przepływającego przez wyznaczoną powierzchnię do czasu przepływu ładunku. W przypadku przewodników powierzchnią jest przekrój poprzeczny przewodnika.

• Potencjał - to wielkość fizyczna zwykle o wymiarze energii lub napięcia elektrycznego przypisana punktowi w przestrzeni. Znane są także przykłady pól fizycznych, określanych za pomocą potencjału wektorowego. Dla potencjałów skalarnych różnica potencjałów określa ilość energii koniecznej do przemieszczenia ciała z jednego punktu do drugiego. Potencjał wiąże się bezpośrednio z polem potencjalnym.

Ścisła definicja: potencjał to forma określona na przestrzeni w której opisujemy rozważane zjawiska o wartościach rzeczywistych lub zespolonych której pochodna zewnętrzna jest równa natężeniu pola fizycznego. Kluczowe znaczenie w teorii potencjału ma twierdzenie Stokesa. Potencjały w ogólnym sensie przynależą nie tylko do teori pola ale są również podstawą ogólnego sformuowania termodynamiki fenomenologicznej.

Pole potencjalne to takie, dla którego ilość energii konieczna do przemieszczenia ciała z jednego punktu do drugiego nie zależy od drogi. Pole potencjalne jest zwykłe opisane poprzez wektor siły określony dla każdego punktu przez funkcję wektorową. Rotacja pola potencjalnego jest równa zero.

• Napięcie elektryczne - różnica potencjałów elektrycznych między dwoma punktami obwodu elektrycznego lub pola elektrycznego. Napięcie elektryczne to stosunek pracy wykonanej podczas przenoszenia ładunku między punktami dla których określa się napięcie do wartości tego ladunku. Przy założeniu, że przenoszony ładunek jest na tyle mały, że nie wpływa na otoczenie.

W przypadku źródła napięcia (prądu) elektrycznego jest jego najważniejszym parametrem i określa zdolności źródła energii elektrycznej do wykonania pracy. Napięcie na źródle napięcia jest mniejsze od siły elektromotorycznej źródła o spadek napięcia na oporze istniejącym wewnątrz źródła (opór wewnętrzny).

Jeśli dwa końce źródła napięcia są połączone przewodnikiem, przez ów przewodnik przepływa prąd. Jeden koniec baterii bez ustanku przesyła elektrony do przewodnika, podczas gdy drugi koniec, też bez przerwy, te elektrony otrzymuje. Przepływ prądu jest wywoływany przez napięcie, czyli różnicę potencjałów pomiędzy końcami.

• Prawo Ohma mówi, że natężenie prądu stałego I jest proporcjonalne do całkowitej siły elektromotorycznej w obwodzie zamkniętym lub do różnicy potencjałów (napięcia elektrycznego) między końcami części obwodu niezawierającej źródeł siły elektromotorycznej. Prawidłowość tę odkrył w 1827 roku niemiecki fizyk, profesor politechniki w Norymberdze i uniwersytetu w Monachium Georg Simon Ohm.

• Materia skondensowana. Ładunek elektryczny można gromadzić w kondensatorze. Kondensator stanowią dwa przewodniki (okładki kondensatora), do których jeśli będzie przyłożona różnica potencjałów będzie gromadzony ładunek.

Pojemność kondensatora C jest to stosunek nagromadzonego ładunku Q do różnicy potencjałów
V:

• Przewodnictwo elektryczne - to zjawisko skierowanego przenoszenia ładunków elektrycznych przez dodatnie lub ujemne nośniki prądu (np. elektrony, jony) w ośrodku pod wpływem przyłożonego zewnętrznego pola elektrycznego. Zależnie od natury fizycznej ładunków wytwarzających prąd elektryczny wyróżnamy następujące rodzaje przewodnictwa elektrycznego:

• elektronowe,

• dziurowe,

• jonowe,

• mieszane.

Ponadto wyróżniamy przewodnictwo elektryczne:

• samoistne,

• niesamoistne.

Literatura:

1. J.Orear „Fizyka” tom 1 i 2, Wydawnictwo Naukowo-Techniczne