Wyznaczanie stosunku dla powietrza
(ćwiczenie nr 28)
WSTĘP
Cele ćwiczenia:
wyznaczenie przewodności właściwej σ elektrolitu ( 15% roztwór CuSO4 ).
Elementy układu doświadczalnego:
amperomierz,
termometr,
naczynie elektrolityczne,
opornica dekadowa,
dwa oporniki 40Ω,
roztwory elektrolitów ( 5% roztwór NaCl i 15% roztwór CuSO4 )
zasilacz i przewody elektryczne.
Schemat układu doświadczalnego ( mostek Wheatstone'a ):
Zgodnie z prawami Kirchoffa w przypadku
równości oporów elektrolitu (R) i opornicy
dekadowej (RD), potencjały punktów O i S
będą równe. Dzięki temu zajwisku
można w przybliżeniu ustalić wartość
oporu użytego elektrolitu, a znając wartość
przewodności właściwej σ tego elektrolitu
można ustalić wartość pojemności
oporowej C użytego w doświadczeniu
naczynia elektrolitycznego.
Definicja przewodności właściwej:
Przewodność właściwa - to miara podatności danego materiału (w tym przypadku roztworów soli) na przepływ prądu elektrycznego. Jest ona odwrotnością oporu właściwego. Jednostką przewodności właściwej w układzie SI jest simens na metr .
OBLICZENIA
Wyznaczanie oporu R1 roztworu NaCl na podstawie wykresu.
Na podstawie wykresu można stwierdzić, że opór R1 roztworu NaCl wynosi 4 Ω. Przy takim ustawieniu opornicy dekadowej przez amperomierz płynął prąd o najmniejszym natężeniu.
Wyznaczanie pojemności oporowej C naczynia elektrolitycznego.
t1 = (tk + tp ) / 2
t1 = (21,6 °C + 21,8 °C) / 2
t1 = 21,7 °C
C = R1 ∙ [ σ01 + γ1 ∙ ( t1 - 18 ) ]
C = 4 Ω ∙ [ 6,7 + 0,15 ∙ (21,7 °C - 18 °C ) ]
C = 29,02 m-1
Wyznaczanie oporu R2 roztworu CuSO4 na podstawie wykresu.
Na podstawie wykresu można stwierdzić, że opór R2 roztworu CuSO4 wynosi 14,2 Ω. Przy takim ustawieniu opornicy dekadowej przez amperomierz płynął prąd o najmniejszym natężeniu.
Wyznaczenie przewodności właściwej σ2 elektrolitu ( 15% roztwór CuSO4 ).
σ2 = C/R2
σ2 = 29,02 m-1 / 14,2 Ω = 2,044
Wyznaczenie przewodności właściwej σ02 dla temperatury 18 °C
σ02 = σ2 - γ2 ∙ ( t2 - 18 )
σ02 = 2,044 - 0,1 ∙ (21,85 °C - 18 °C) = 1,66
σ02 = 1,66
RACHUNEK BŁĘDÓW
Błędy bezwzględne:
ΔR1 = ΔR2 = 0,5 Ω , Δt1 = Δt2 = 0,5 °C
ΔC = C/R1 ∙ ΔR1 + R1 ∙ γ1 ∙ Δt1
ΔC = 29,02 m-1 / 4 Ω ∙ 0,5 Ω + 4 Ω ∙ 0,15 ∙ 0,5 °C
ΔC = 3,93 m-1
Δσ02 = ΔC/R2 + C/R22 ∙ ΔR2 + γ2 ∙ Δt2
Δσ02 = 3,93 m-1 / 14,2 Ω + 29,02 m-1/ 201,64 Ω2 + 0,1 ∙ 0,5 °C
Δσ02 = 0,47
Błędy względne:
Bb1 =
Bb1 = 3,93 m-1 / 29,02 m-1 = 0,14
Bb2 = Δσ02 / σ02
Bb2 = = 0,28
Błędy względne procentowe:
Bp1 = ∙ 100%
Bp1 = 14 %
Bp2 = Δσ02 / σ02 ∙ 100%
Bp2 = 28%
WYNIKI DOŚWIADCZENIA. WNIOSKI.
Pojemność oporowa C naczynia elektrolitycznego użytego w doświadczeniu, obliczona na podstawie zmierzonych wielkości, wynosi:
C = 29,02 m-1 +/- 3,93 m-1
Przewodność właściwa σ02 15% roztworu wodnego CuSO4 o temperaturze 18 °C , obliczona na podstawie zmierzonych wielkości, wynosi:
σ02 = 1,66 +/- 0,47
Cel ćwiczenia został zrealizowany, jednak wobec braku odpowiednich danych tablicowych (udało mi się znaleźć jedynie przewodnictwo molowe CuSO4) nie da się ustalić, czy wynik jest wiarygodny.
Uwagi:
Mierzona podczas doświadczenia zmiana temperatury nie ma wpływu - moim zdaniem - na wynik doświadczenia. Zakładany błąd pomiaru jest znacznie wyższy, niż wzrost temperatury, jaką wykazał termometr. Ponadto można uzyskać zupełnie różne wyniki zmieniając głębokość zanurzenia termometru.
6/7 punktów. Brak jednego punktu prawdopodobnie z powodu niepodania tablicowej wartości przewodności właściwej CuSO4. Komu by się chciało tego szukać?!
Źródło: http://kf.sggw.pl/cwiczenia/O_EX40.pdf