Katarzyna Polakiewicz 14.11.2000 r.

WT II

Zespół 2

Wyznaczanie gęstości cieczy i ciała stałego za pomocą piknometru

1. Część teoretyczna

Gęstość jest to wielkość fizyczna charakteryzująca dane ciało. Dla ciała jednorodnego gęstość zdefiniowana jest jako stosunek masy ciała do jego objętości:

Dla ciał niejednorodnych natomiast zapisuje się ją w postaci:

Gęstość określoną jako stosunek masy do objętości danego ciała nazywamy gęstością bezwzględną. Istnieje również pojęcie gęstości względnej, którą określa się jako stosunek gęstości bezwzględnej jednego ciała do gęstości bezwzględnej drugiego ciała i oznaczaną ρ_wzgl. Ciało, względem którego określona jest gęstość, nazywa się wzorcowym. Najczęściej jest nim w warunkach laboratoryjnych woda destylowana.

Gęstość danego ciała zależy jedynie od temperatury.

Gęstość wody w temperaturze +4°C jest równa jedności i bliska jedności w temperaturach nieco niższych i wyższych. Ta własność decyduje o tym, że jest ona najczęściej stosowanym ciałem wzorcowym.

2. Opis metody pomiarowej

Wyznaczanie gęstości ciał stałych o kształtach regularnych

Wyznaczanie gęstości ciał sprowadza się do określenia masy i objętości danego ciała i skorzystanie z definicji gęstości. Masę badanego ciała wyznacza się na wadze laboratoryjnej. Objętość ciał o kształtach regularnych znaleźć można wstawiając do odpowiednich wzorów matematycznych wartości mierzonych wielkości takich jak: szerokości, wysokości, średnicy itp. Przy pomiarach tych wielkości należy pamiętać o tym, że każda bryła wykazuje mniejsze lub większe deformacje geometryczne. Dlatego dokonuje się kilku pomiarów w jednym punkcie, następnie powtarza pomiary w innych punktach. Wartość średnia z wyników wszystkich pomiarów daje wartość najbardziej prawdopodobną. Zależnie od żądanej dokładności oraz rozmiarów ciała do pomiarów stosujemy suwmiarkę lub śrubę mikrometryczną.

Wyznaczanie gęstości ciał stałych o kształtach nieregularnych

Jeżeli próbka materiału, którego kształt mamy wyznaczyć ma kształt nieforemny, to jej objętość wyznaczamy przez pomiar objętości cieczy, wypartej przez próbkę. Do tego celu używamy menzurki. Nalewamy do menzurki wody i odczytujemy na skali jej objętość. Następnie badane ciało zanurzamy w cieczy, powodując podniesienie się poziomu cieczy. Odczytujemy objętość cieczy wraz z zanurzonym ciałem. Różnica obu odczytów daje nam objętość badanego ciała.

Wyznaczanie gęstości cieczy za pomocą piknometru

Piknometr jest to niewielkie (10-50 cm³) naczynie szklane, na ogół w kształcie kolby, z dokładnie doszlifowanym korkiem. Przez środek korka przechodzi rurka włoskowata, przez którą wypływa nadmiar cieczy. Średnica tego kanalika powinna być jak najmniejsza. Dzięki temu możliwość parowania spada do wartości minimalnych i zmniejsza się błąd, który może powstać przez niezbyt dokładne wyrównanie powierzchni cieczy w kanaliku z górną powierzchnią korka.

W celu termicznego izolowania cieczy zawartej w piknometrze czynna objętość i piknometru jest otoczona płaszczem próżniowym. Przed przystąpieniem do wykonania ćwiczenia należy piknometr oczyścić i wysuszyć - najlepiej ciepłym strumieniem powietrza.

Rys. 1. Piknometr

Pomiar ma charakter względny, gdyż najczęściej wyznacza się gęstość cieczy korzystając z wody destylowanej jako wzorca. Piknometr napełniamy wodą i badaną cieczą. Oznaczamy masy:

ρt - gęstość wody w temperaturze pomiaru

ρ₄ - gęstość wody w tempetaruze 4°C

mpc - masa piknometru z badaną cieczą (gliceryną)

mp - masa piknometru pustego

mpw - masa piknometru z wodą destylowaną

Wzór na gęstość cieczy ma postać:

Wzór na gęstość ciał stałych, wyznaczanych metodą piknometru ma postać:

gdzie:

mps - masa ciała stałego w piknometrze,

mp - masa pustego piknometru,

mpx - masa piknometru z wodą destylowaną i ciałem stałym,

mpw - masa piknometru z wodą destylowaną

ρ - gęstość wody destylowanej

3. Wyniki pomiarów i przykładowe obliczenia

a) GĘSTOŚĆ CIAŁA STAŁEGO OKREŚLONEJ POSTACI

Pomiar suwmiarką [mm]
L.P.	A	B	C
1	29,3	29,6	88,0
2	29,4	29,5	88,3
3	29,6	29,6	88,0
4	30,0	29,5	88,0
5	29,6	29,6	88,0
6	29,5	29,6	88,3
7	30,0	29,4	88,2
8	30,0	29,6	88,0
9	30,0	29,6	88,3
10	29,4	29,5	88,0
Śr.	29,68	29,55	88,11

V=A*B*C=0,2968*0,2955*0,8811=0,773 [m³]

[kg/m³]

b) GĘSTOŚĆ CIAŁA STAŁEGO WYZNACZONA ZA POMOCĄ PIKNOMETRU

Masa piknometru pustego	37,2 [g]
Masa piknometru z ciałem stałym	61,4 [g]
Masa piknometru z wodą destylowaną (wzorcem)	108,6 [g]
Masa piknometru z ciałem stałym i wodą destylowaną	136,6[g]
Temperatura wody destylowanej	21°C

ρ - gęstość wody w temperaturze pomiaru 21°C = 0,99799 [kg/m³]

c) GĘSTOŚĆ CIECZY WYZNACZONA ZA POMOCĄ PIKNOMETRU

Masa piknometru pustego	40,2 [g]
Masa piknometru z wodą destylowaną (wzorcem)	108,6 [g]
Masa piknometru z cieczą (gliceryną)	123,0 [g]
Temperatura wody destylowanej	21°C

ρ - gęstość wody w temperaturze pomiaru 21°C = 0,99799 [kg/m³]

4.Wykres

5.Wnioski

Pomiar ma charakter względny, gdyż jako wzorca używa się wody destylowanej. Nie bez znaczenia jest też dokładność pomiaru masy, która była mierzona za pomocą wagi dźwigniowej, gdzie wartość odchyłki ważenia wynosi od 10^-4 do 10^-2 g. Niedokładności pomiarowe mogą również wynikać z niedokładnego osuszenia piknometru.

---