Fizyka 2 Laboratorium Wydział Budownictwa Lądowego i Wodnego
Sprawozdanie nr	III
Wykonał	Wdowiak Radosław / 162429
Data oddania
Sprawdzający	Dr inż. Piotr T. Sitarek
Ocena

ĆWICZENIE NR 47

ZALEŻNOŚĆ PRZEWODNICTWA ELEKTROLITU OD TEMPERATURY.

SPRAWDZENIE REGÓŁY WALDENA.

1. WSTĘP

Zjawisko dysocjacji elektrolitycznej powoduje, że niektóre roztwory są w stanie przewodzić prąd. Takie substancje nazywamy elektrolitami. Jeżeli zanurzymy w takim elektrolicie dwie elektrody (pole elektryczne E) połączone ze źródłem napięcia, powstanie uporządkowany ruch powstałych w wyniku dysocjacji jonów, tzn. prąd. Na jony działają siły elektryczne F=qE, zatem poruszają się one z przyspieszeniem.. Początkowo prędkość jonów zwiększa się, następnie ustala się gdy siły elektryczne są równoważone przez siły oporu (lepkości). Gdy temperatura roztworu wzrasta jego lepkość maleje, a zatem zwiększa się przewodnictwo danego elektrolitu. Przeprowadzając szereg operacji na wzorach fizycznych jesteśmy w stanie pokazać, że iloczyn właściwej przewodności elektrycznej (konduktywności) σ i lepkości η elektrolitu jest stały i niezależny od temperatury. Jest to tzw. reguła Waldena. Celem ćwiczenia jest zbadanie zależności przewodnictwa elektrycznego elektrolitów od temperatury oraz sprawdzenie poprawności reguły Waldena. Ćwiczenie wykonujemy przy pomocy układu pomiarowego, który składa się między innymi z wiskozymetru Höpplera, naczynia elektrolitycznego z sondą oraz konduktomeru. Lepkość wyznaczamy mierząc czas t opadania kulki w wiskozymetrze. Temperaturę T oraz przewodność elektryczną G odczytujemy z konduktometru. Elektrolitem w naszym przypadku jest 0,5% NaCl w roztworze wody i gliceryny w stosunku 4:1.

2.WYNIKI POMIARÓW

Tabela 1.

T[C']	T[C']	t [s]	t [s]	G [mS]	K [1/m]	[S/m]	[S/m]	[cP]	[cP]
26,8	1,5	155,73	0,01	11,27	42,5	0,479	0,011	2,68	0,0157	1,28	0,04
26,9	1,5	155,67	0,01	11,30	42,5	0,480	0,011	2,68	0,0157	1,29	0,04
28,6	1,5	143,96	0,01	11,83	42,5	0,503	0,011	2,48	0,0146	1,24	0,03
28,7	1,5	143,33	0,01	11,84	42,5	0,503	0,011	2,47	0,0145	1,24	0,03
30,5	1,5	136,32	0,01	12,43	42,5	0,528	0,011	2,34	0,0138	1,24	0,03
30,7	1,5	136,17	0,01	12,45	42,5	0,529	0,011	2,34	0,0138	1,24	0,03
32,1	1,5	131,25	0,01	12,89	42,5	0,548	0,011	2,26	0,0133	1,24	0,03
32,3	1,5	130,54	0,01	12,87	42,5	0,547	0,011	2,25	0,0132	1,23	0,03

3.WYNIKI KOŃCOWE

Błąd pomiarowy czasu
t przyjmujemy 0,01 [s] ponieważ jest to najmniejsza dokładność z jaką może zmierzyć czas stoper, którego używamy.

1. Wartości przewodności elektrolitycznej właściwej
   (konduktywności) wyliczono wg wzoru

, gdzie

K -stała sondy pomiarowej [1/m];

G -konduktancja [S];

;

2. Dla konduktometru cyfrowego N5711, jakim się posługujemy:

- błąd pomiarowy przewodności elektrolitycznej właściwej wyliczono wg wzoru

Δσ = 0,5% zakresu + 1 cyfra
(dla zakresu 20 mS/m * 2 S/m);

- błąd pomiarowy temperatury ΔT = 1,5*C;

3. Wartość współczynnika lepkości
   korzystając z następującej zależności

, gdzie

-stała wiskozymetru;

t -czas przelotu kulki pomiędzy zewnętrznymi kreskami wiskozymetru;

4. Bezwzględną niepewność pomiarową
   
   wyznaczono za pomocą różniczki zupełnej

5. Regułę Waldena sprawdzamy obliczając i porównując iloczyn
   poszczególnych prób.

6. Bezwzględną niepewność pomiarową
   obliczamy za pomocą różniczki zupełnej

Na wykresie 1. przedstawiono zależność współczynnika lepkości od temperatury (
).

Na wykresie 2. przedstawiono zależność przewodności elektrolitu od temperatury (
).

4.PRZYKŁADOWE OBLICZENIA

1. Wartość przewodności elektrolitycznej właściwej
   

2. Błąd pomiarowy przewodności elektrolitycznej właściwej

zakres=2

Δσ = 0,5% zakresu + 1 cyfra = 0,5 % ⋅ 2 + 0,001 = 0,011

3. Wartość współczynnika lepkości
   

4. Bezwzględna niepewność pomiarowa
   
   

5. Reguła Waldena

6. Bezwzględną niepewność pomiarową
   

5.ANALIZA NIEPEWNOŚCI

Należy odrzucić wynik pierwszego pomiaru lepkości (pominięto go już w protokole), który w znacznym stopniu odbiega od pozostałych. 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.

Czas przelotu kulki był mierzony ręcznie, co niewątpliwie mogło spowodować niedokładności w pomiarze, pomimo dość dużej dokładności samego stopera (0,01s).

Błąd pomiarowy temperatury był stosukowo duży (1,5C) w porównaniu do uzyskiwanych temperatur (26-32C). Dobrze ilustruje to wykres 1. Poza tym mały zakres uzyskanych temperatur również tworzy prawdopodobieństwo błędu.

Dla uzyskania dokładniejszych pomiarów należałoby użyć dokładniejszych przyrządów.

Poza tym na wyniki pomiarów wpłynęły niepewności dodatkowe:

- wpływ zanieczyszczeń elektrod prądowych < 2,5% przy łącznej rezystancji zanieczyszczeń 10 razy większej od rezystancji pomiędzy elektrodami napięciowymi czujnika;

-wpływ zmian temperatury otoczenia: + 1%/10C Pomimo zakresie +5C / +40C.

6.WNIOSKI

Porównując zestawione w tabeli 1. wyniki iloczynu właściwej przewodności elektrycznej (konduktywności) σ i lepkości η elektrolitu, możemy potwierdzić, że ση=const. w granicy błędu pomiarowego. Tym samym potwierdzamy regułę Waldena.

Analizując wykresy możemy zaobserwować liniową zależność pomiędzy konduktywnością a temperaturą elektrolitu, oraz pomiędzy współczynnikiem lepkości a temperaturą.

---