1.Cel ćwiczenia:

1)Poznanie techniki pomiaru konduktancji ciał w fazie ciekłej.

2)Wyznaczenie przebiegu zależności konduktywności właściwej elektrolitów od temperatury w zakresie od temperatury pokojowej do 80C.

3)Wyznaczenie współczynnika lepkości cieczy.

4)Zapoznanie się z wiskozymetrem Höpplera.

5)Sprawdzenie reguły Waldena.

2.Wstęp teoretyczny:

Elektrolity to związki o wiązaniu jonowym,do których należą: roztwory soli, kwasów i zasad w wodzie lub innym rozpuszczalniku o dużej przenikliwości dielektrycznej, stopione sole i stopione wodorotlenki metali alkalicznych. W wyniku procesu dysocjacji ich obojętne elektrycznie cząsteczki ulegają rozpadowi na swobodne jony, zdolne do przewodzenia prądu,są one przewodnikami drugiej klasy. Z racji, że nośnikami prądu w eletrolitach są jony o stosunkowo dużej masie, przewodzenie prądu przez elektrolity (konduktancja jonowa) jest związana z transportem masy. Z chwilą przyłożenia do elektrolitu zewnętrznego pola elektrycznego E na jony działają siły elektryczne: F=qE. Pod ich wpływem istniejące w roztworze kationy (jony dodatnie) zmierzają do elektrody o potencjale niższym (katody), a aniony (jony ujemne) do elektrody o potencjale wyższym (anody). Jest to uporządkowany ruch ładunków elektrycznych,czyli przepływ prądu.

Prędkość jonów w przyśpieszającym polu elektrycznym o natężeniu E początkowo zwiększa się i ustala z chwilą zrównoważenia siły elektrycznej przez siłę oporu (lepkości) proporcjonalną do prędkości jonów:

q±E=f±V±

q± - ładunki jonów roztworu,

V± - prędkości uporządkowanego ruchu jonów

f± - współczynniki proporcjonalności

Lepkość (tarcie wewnętrzne) to zjawisko występowania sił stycznych przeciwstawiających się przemieszczaniu jednych części ciała względem innych jego części. Wskutek tarcia występującego między cząsteczkami cieczy lub gazu, poruszająca się cząsteczka pociąga za sobą cząsteczki sąsiadujące z nią z prędkością tym bardziej zbliżoną do prędkości własnej, im ciecz lub gaz są bardziej lepkie.Analogicznie cząsteczka spoczywająca hamuje poruszające się cząsteczki sąsiednie.

Zarówno lepkość jaki i konduktancja jonowa są zależne od temperatury. Współczynnik lepkości ośrodka zależy od temperatury T i dla cieczy słuszna jest w przybliżeniu zależność:

=Ae(B/T)

A,B - stałe charakteryzujące ciecz.

Przy podgrzewaniu roztworu elektrolitu maleje jego lepkość (zwiększa się ruchliwość jonów), rośnie też stopień dysocjacji,a co za tym idzie obserwujemy silny wzrost konduktancji elektrolitu.Wzrost konduktancji i spadek lepkości przy podgrzewaniu roztworu są wzajemnie powiązane, otóz iloczyn współczynnika lepkości i przewodności elektrolitu powinna być wielkością stałą, niezależną od temperatury (reguła Waldena).

3.Wzory:

=Kwt

=Kw(t1+t2)/2

Kw - stała wiskozymetru

t - czas opadania kulki w wiskozymetrze

t1,t2 - czasy opadania kulki w wiskozymetrze mierzone po raz pierwszy i po raz drugi.

4.Schemat układu pomiarowego:

8.Dyskusja błędów:

1) Należy odrzucić wynik pierwszego pomiaru lepkości, który w znacznym stopniu odbiega od pozostałych. Najprzypuszczalniej ciecz w wiskozymetrze nie miała stałej temperatury w całej swej objętości. Temperatura uległa wyrównaniu dopiero przy kolejnych pomiarach w wyniku mieszania się cieczy, wywołanym ruchem kulki.

2) Błąd wielkości (t1+t2)/2 przyjęto odgórnie równy 1s (choć pomiaru czasów dokonano sekundnikiem o zdolności odczytowej 0.01s), wynika to z faktu, że pomiaru dokonano ręcznie, a poza tym nie można było wyeliminować przy nim do końca błędu paralaksy.

3)Należałoby zwiększyć dokładność pomiaru temperatury (błąd ten wynosił aż 1.5C dla stosunkowo małych temperatur od 20 do 50C).

9.Wnioski i uwagi:

1)Obserwujemy liniową zależność współczynnika lepkości od temperatury, wykresem tej zależności jest funkcja typu: y= -ax.

2)Przewodność elektrolitu rośnie liniowo z przyrostem temperatury, zależność przewodności od temperatury można graficznie przedstawić jako wykres funkcji typu: y= ax.

3)Doświadczenie potwierdza prawdziwość reguły Waldena.

4)Zastosowanie termostatu w układzie pomiarowym nie pozwoliło na wyznaczenie przebiegu zależności konduktywności właściwej elektrolitów od temperatury w przedziale od 50 do 80C (instrukcja obsługi termostatu zabraniała jego użycia powyżej 50C).

---