Andrzej Cichoń	W2 C3 L5
4. Wyznaczanie gęstości cieczy za pomocą wagi hydrostatycznej	13.04.2013r.

Uwagi:

1. Opis ćwiczenia:

Waga hydrostatyczna to aparat umożliwiający wykonywanie pomiarów gęstości cieczy przy pomocy prawa Archimedesa. Mierzoną wielkością jest siła wyporu cieczy. Waga ta jest dwuramienna. Na jednym znajduje się ciężarek ze wskazówką, na drugim jest zawieszony szklany pływak w środku wypełniony rtęcią. W powietrzu ciężar pływaka równoważony jest przez ciężarek zamocowany na stałe do krótszego ramienia. Po zanurzeniu pływaka w cieczy działa na niego siła wyporu hydrostatycznego określona przez prawo Archimedesa.

Prawo Archimedesa-Na ciało zanurzone w płynie (cieczy lub gazie) działa pionowa, skierowana ku górze siła wyporu. Wartość siły jest równa ciężarowi wypartego płynu. Siła jest przyłożona w środku ciężkości wypartego płynu.

Cel ćwiczenia:

Celem ćwiczenia jest wyznaczenie gęstości 4 cieczy: denaturatu, wody z solą, wody oraz gliceryny za pomocą wagi hydrostatycznej.

Sposób wykonania:

Na samym początku zmontowałyśmy wagę i sprawdziłyśmy czy nurek jest czysty i suchy. Następnie wypoziomowałyśmy belkę za pomocą śruby regulacyjnej tak, aby wskazówka umieszczona na końcu belki pokryła się z kreską środkową skali. Najpierw zanurzyłyśmy nurka w wodzie, wkładając go powoli, aby nie powstały na nurku pęcherze powietrza. Zrównoważyłyśmy wypór hydrostatyczny cieczy, zawieszając na nożach odważniki i doprowadzając wskazówkę wagi do pokrycia ze środkową kreską skali. Miałyśmy do dyspozycji cztery odważniki, trzy z nich były o masie 10g, natomiast czwarty odważnik ważył 1g. Odważniki zważyłyśmy na wadze elektronicznej. Nurka zanurzałyśmy jeszcze w taki sam sposób jak w wodzie do następujących cieczach: w wodzie z solą, w glicerynie i w denaturacie. Wyniki pomiarów zapisałyśmy w tabeli.

1. Wzory potrzebne do wykonania obliczeń:

gdzie:

a- masa największego konika,

n- numer noża,

g- przyspieszenie ziemskie,

R- długość ramienia belki,

- masa zastępcza.

Czyli:

gdzie:

e- 0,0002

gdzie:

- gęstość badanej cieczy,

- objętość pływaka(10).

1. Tabela pomiarowa:

Rodzaj cieczy	Nr noża	Masa konika [g]
WODA	2 4 6	0,1 10 10
WODA Z SOLĄ	5 5 6	10 0,01 10
DENATURAT	2 4 4 6	10 1 0,1 10
GLICERYNA	3 3 6 9	10 0,1 1 10

1. Obliczenia:

a)

Masa zastępcza wody:

Masa zastępcza wody z solą:

Masa zastępcza denaturatu:

Masa zastępcza gliceryny:

b)

• Masa zastępcza całkowita wody:

• Masa zastępcza całkowita wody z solą:

• Masa zastępcza całkowita denaturatu:

• Masa zastępcza całkowita gliceryny:

c)

• Gęstość poprawna wody:

• Gęstość poprawna wody z solą:

• Gęstość poprawna denaturatu:

• Gęstość poprawna gliceryny:

1. Rachunek błędów:

• Niepewność wzorcowania wagi:

(d)=

• Niepewność eksperymentatora przy wyznaczaniu :

(x)= ∆∆

(x)=0,006+0,01150,0175 g

Obliczenie niepewności standardowej typu B

u(x) =

u(m_z) =0,0129 g

Zastosowanie prawa przenoszenia niepewności:

Porównanie gęstości cieczy z wartością tablicową

Przyjęto temperaturę cieczy wynoszącą 20

Gęstość wody tabelaryczna

Δ = 1,0023 g/cm³ - 0,9982 g/cm³ = |0,0041| g/cm³ =0,0041 g/cm³

Gęstość wody z solą tabelaryczna

Δ = 1,101 g/cm³ - 1,030 g/cm³ = |0,071| g/cm³ =0,071 g/cm³

Gęstość denaturatu tabelaryczna

Δ = 0,8443 g/cm³ - 0,8168 g/cm³ = |0,0275| g/cm³ =0,0275 g/cm³

Gęstość gliceryny tabelaryczna

Δ = 1,263 g/cm³ - 1,260 g/cm³ = |0,003| g/cm³ =0,003 g/cm³

5. Porównanie gęstość cieczy z gęstością tablicową:

Temperatura cieczy wynosi 20°C (temperatura pokojowa)

Rodzaj cieczy	Gęstość badana w temperaturze 20^0C	Gęstość tablicowa (warunki normalne)	Różnica
woda	1,0023 kg/cm^3	0,99982 kg/cm^3	0,0041 g/cm^3
woda z solą	1,101 kg/cm^3	1,03 kg/cm^3	0,071 g/cm^3
denaturat	0,8443 kg/cm^3	0,8168 kg/cm^3	0,0275 g/cm^3
gliceryna	1,263 kg/cm^3	1,260 kg/cm^3	0,003 g/cm^3

5. Wnioski:

Po przeprowadzeniu ćwiczenia można stwierdzić, że gęstości dla wody, wody z solą, denaturatu oraz gliceryny różnią się od siebie. Najmniejszą gęstość ma denaturat, a największą gliceryna. W porównaniu z wartościami tablicowymi wartości obliczone przeze mnie nie znacznie się różnią. Miało na to wpływ kilka czynników:

-otoczenie,

-stabilność stołu,

-niedokładność w odczytywaniu eksperymentatora,

-niedokładność przyrządów,

-złe stężenie mierzonych substancji, które mogły ulec wymieszaniu przez częste zanurzanie pływaka na

zajęciach.

-nie znamy dokładnego stężenia wody z solą, dlatego przyjęta przeze mnie gęstość z tabeli jest zbyt odległe

- niedokładnego wytarowania wagi na samym początku doświadczenia.

– niedokładnego wytarcia nurka przy zmianie badanej cieczy.

– niezauważonych bąbelków powietrza przyklejających się do nurka, które zmieniały jego

wyporność.

– nieumyślnych szturchnięć zaburzających równowagę.

– wartości gęstości cieczy przedstawione w tablicach mogły być wyznaczane przy innych

temperaturach niż temperatury cieczy badanych w laboratorium.

Po dokonaniu obliczeń koniecznych do wyznaczenia gęstości cieczy, można stwierdzić, że badane ciecze posiadają różną gęstość, co pokazuje tabela z obliczeniami. Spośród badanych substancji najmniejszą gęstość posiada denaturat natomiast największą gliceryna. Ten fakt jest związany jest z tym, że gęstość jest wielkością wprost proporcjonalną do masy.