POLITECHNIKA WROCŁAWSKA INSTYTUT FIZYKI FILIA w JELENIEJ GÓRZE			Sprawozdanie z ćwiczenia nr: 8 Temat: Pomiar gęstości ciał stałych i cieczy za pomocą piknometru oraz pomiar gęstości cieczy za pomocą wagi Mohra.
Imię i nazwisko: Paweł Fudali			Numer kolejny ćwiczenia: 4	Ocena:
Grupa: V	Wydział: Elektronika	Rok: I	Data wykonania ćwiczenia: 17.III.2000

1. Cel ćwiczenia

Celem ćwiczenia jest zapoznanie się z techniką ważenia na wadze Mohra, na wadze analitycznej półautomatycznej, oraz wyznaczenie gęstości cieczy i gęstości ciała stałego za pomocą piknometru.

2. Wstęp teoretyczny

W ćwiczeniu wykonujemy pomiar gęstości cieczy i ciała stałego. 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:

( g - miejscowe przyśpieszenie ziemskie ).

Gęstość ciała zależy od temperatury:

Jedną z podstawowych metod laboratoryjnych wyznaczania gęstości jest metoda piknometryczna. Piknometr jest to szklana kolba o specjalnym kształcie pozwalająca na dokładne ustalenie objętości cieczy w nim zawartej. Mierząc kolejno masę pustego piknometru, masę piknometru z badanym ciałem, z badanym ciałem oraz wypełniającą piknometr wodą i masę piknometru z badaną cieczą, oraz znając gęstość wody destylowanej można wyznaczyć gęstość badanej cieczy lub ciała stałego odpowiednio ze wzorów:

m₁ - masa pustego piknometru

m₂ - masa piknometru napełnionego badaną cieczą

m₃ - masa piknometru napełnionego wodą destylowaną

m₅ - masa piknometru wypełnionego wodą i badanym ciałem

m - masa badanego ciała

ρ_w - gęstość wody destylowanej

We wszystkich 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 zasady działania rozróżniamy wagi: dźwigniowe, sprężynowe, torsyjne, hydrauliczne i elektryczne. Natomiast ze względu na sposób uzyskiwania równowagi, wagi dzieli się na wagi o równoważeniu: automatycznym, nieautomatycznym i półautomatycznym. Podstawowymi własnościami metrologicznymi wag są:

- obciążenie maksymalne - największe obciążenie, powyżej którego ważenie jest niemożliwe lub zabronione,

- obciążenie minimalne - poniżej którego wyniki ważenia mogą być obarczone zbyt dużym błędem względnym,

- czułość - stosunek zmiany położenia równowagi do wartości masy powodującej tę zmianę,

• błąd wskazania - różnica między wskazaniem wagi i prawdziwą masą ważonego ciała.

W pierwszej części ćwiczenia korzystaliśmy z wagi Mohra i analitycznej półautomatycznej. Za pomocą wagi Mohra pomiar oparty jest na prawie Archimedesa, które mówi, że na ciało zanurzone w cieczy działa siła parcia, skierowana pionowo do góry, równa ciężarowi wypartej przez ciało cieczy.

P=F
- F
=(
)s =s l
=V

Umieszczony w cylindrze wypełnionym wodą destylowaną pływak jest wypierany przez ciecz. Na ramieniu wagi zawieszamy koniki doprowadzając do zrównoważenia obu ramion tzn. do czasu aż dźwignia będzie równolegle ustawiona do podłoża, a wskaźnik pokaże równowagę.

Do obliczenia gęstości cieczy badanej wykorzystujemy wzór:

Wykorzystując wagę analityczną wstępnie ważymy ciało na wadze laboratoryjnej, aby oszacować masę. Następnie kładziemy ciało na lewej szalce i nakładamy gramowe odważniki pincetą na prawą szalkę. Zamykamy wagę i odaretowujemy .Wagę równoważy się za pomocą odważników włącznikowych, które nakłada się przy pomocy pokręteł . Masę ciała wyznaczamy na podstawie sumy odważników na szalce, koników oraz odczytu na podziałce uchylnej.

3.Pomiary.

1. waga Mohra

ciecz ważona	L [m]	m [kg]	Δm [kg]
woda destylowana	L1=0,01	0,01	±0,1⋅10^-3
		L2=0,09	0,01	±0,1⋅10^-3
		L6=0,08	0,0001	±0,1⋅10^-3
	denaturat	L1=0,08	0,01	±0,1⋅10^-3
		L2=0,01	0,005	±0,1⋅10^-3
		L6=0,03	0,001	±0,1⋅10^-3
		L9=0,09	0,0001	±0,1⋅10^-3

Gęstość denaturatu : 880 [kg/m³]

Pomiary dokonane zostały w temperaturze otoczenia t=20[^oC]

przy której gęstość wody ρ=998,2 [kg/m³]

2. waga analityczna

pomiar		m [kg]	Δm [kg]
pusty piknometr	m1	16,7054 ⋅10^-3	± 0,0002 ⋅10^-3
piknometr z denaturatem	m2	39,22 ⋅10^-3	± 0,0002 ⋅10^-3
piknometr z wodą destylowaną	m3	42,2968 ⋅10^-3	± 0,0002 ⋅10^-3
piknometr z granulkami	m4	35,1196 ⋅10^-3	± 0,0002 ⋅10^-3
pikn. z granulkami i wodą destylowaną	m5	57,8546 ⋅10^-3	± 0,0002 ⋅10^-3

Gęstość denaturatu			Gęstość ciała stałego
ρc [kg/m^3]	ρc [kg/m^3]	ρc/ρc [%]	ρ [kg/m^3]	ρ [kg/m^3]	ρρ 
878,2	0,016	0,002	6435	1,95	0,03

4. Obliczenia

1. obliczanie gęstości cieczy za pomocą wagi Mohra

2. obliczanie gęstości cieczy za pomocą piknometru

3. obliczanie gęstości ciała stałego za pomocą piknometru

6. Wnioski

Wyznaczenie gęstości cieczy, którą w naszym ćwiczeniu był denaturat, przeprowadziliśmy za pomocą piknometru przy użyciu dwóch wag: Mohra i analitycznej. W obydwu przypadkach otrzymaliśmy podobne wyniki (odpowiednio 880 [kg/m³] oraz 878,2 [kg/m³]). Ze względu na dużo większą dokładność wagi analitycznej jako bliższe rzeczywistej gęstości denaturatu należy uznać jej wskazanie. Przy pomocy wagi Mohra mogliśmy ważyć z dokładnością do 0,1 grama, gdy tymczasem waga analityczna umożliwiała dokonania pomiaru z dokładnością do 0,0002 grama, dlatego też obserwujemy bardzo małe błędy. Przy obliczeniach wartość gęstości wody ρ_w zaczerpnęliśmy z tablic nie uwzględniając błędu pomiaru tej wielkości ρ_w.

Pomiar gęstości ciała stałego został wykonany za pomocą piknometru przy użyciu wagi analitycznej. W tym przypadku również obserwujemy niewielkie błędy. Są one jednak większe niż przy wyznaczaniu gęstości denaturatu. Może to być spowodowane większą liczbą dokonanych pomiarów. Otrzymane wyniki mogą być obarczone także innymi błędami nie uwzględnianymi w obliczeniach np.: przy wyznaczaniu masy pustego piknometru, mógł nie być on całkowicie suchy, lub ważąc naczynie wypełnione cieczą, mogło ono zawierać trudno zauważalne pęcherzyki powietrza. Stosowane odważniki mogły mieć inną od znamionowej masę ze względu na zabrudzenia, zużycie, czy chociażby dokładność ich wykonania.

Wyznaczanie gęstości ciał stałych i cieczy

5

---