1.Wstęp.

Celem ćwiczenia był pomiar gęstości cieczy za pomocą piknometru. 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 metod wyznaczania gęstości jest metoda piknometryczna. Piknometr (rysunek obok) jest to naczynie pozwalające no dokładne ustalenie objętosci 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 ze wzoru:
lub ze wzoru:
.

We wszyskich pomiarach masy korzystaliśmy z wag, czyli przyrządów służących do pomiaru masy ciała, przez wykorzystanie równowagi momentów si ciężkości wytworzonych przez ciało ważone i odważniki. Ze względu na zasady działania rozróżniamy wagi: dŹwigniowe, sprężynowe, torsyjne, hydrauliczne i elektryczne. Natomiast ze wzgledu 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.

2. Przebieg pomiarów.

2.1. Pomiar masy pustego piknometru.

a) m1=21.16440.0002×10-3kg

b) m1=21.16500.0002×10-3kg

2.2. Pomiar masy piknometru z badanym ciałem stałym.

a) m4=47.69520.0002×10-3kg

b) m4=47.75540.0002×10-3kg

2.3. Pomiar masy piknometru z badanym ciałem napełnionego wodą detylowaną.

a) m5=64.49090.0002×10-3kg

b) m5=64.49540.0002×10-3kg

2.4. Pomiar masy piknometru napełnionego wodą destylowaną.

a) m3=42.68970.0002×10-3kg

b) m3=42.69040.0002×10-3kg

2.5. Pomiar masy piknometru napełnionego denaturatem.

a) m2=38.93940.0002×10-3kg

b) m2=38.95420.0002×10-3kg

3. Wyznaczanie gęstości ciała stałego.

3.1. Obliczenia gęstości ciała stałego.

a)

b)

3.2. Obliczenia błędu wyznaczenia gęstości ciała stałego.

a)

2b)

3.3. Wynik: a) =5593,01,1 kg×m-3 b) =5540,21,1 kg×m-3

4. Wyznaczanie gęstości cieczy.

4.1. Obliczenia gęstości cieczy.

a)

b)

4.2. Obliczenia błędu wyznaczenia gęstości cieczy.

a)

b)

4.3. Wynik: a) c=823.330.02 kg×m-3 b) c=823.990.02 kg×m-3

5.Dyskusja błędów i wnioski.

Błędy obliczenia gęstości ciała stałego i cieczy uzależnione były zasadniczo od dokładności stosowanej wagi. Zastosowana w tym doświadczeniu półautomatyczna waga analityczna o dość dużej dokładności (0.2 mg) zapewniała nam odpowiednio wysoki poziom dokładności wyznaczania poszczególnych mas. W obliczeniach błędów nie wzięto pod uwagę błędu gęstości wody destylowanej, która zmienia się w zależności od temperatury. Przyjęto jedynie jej wartość dla temperatury równej 25C. Temperaturę taką wskazywał termometr ścienny w laboratorium. Jednakże nie ma pewności czy termometr ten wskazywał rzeczywistą temperaturę wody destylowanej, czy też jedynie temperaturę powietrza w sali.

Przy pomiarze musiało zaistnieć oprócz wyżej wspomnianego błędu gęstości wody destylowanej jeszcze wiele innych błędów, które nie można w łatwy sposób ująć w rachunku błędów. Do sądu takiego skłania nas chociażby duża rozbieżność pomiędzy wynikami obydwu pomiarów. Przede wszystkim istniały duże problemy z osuszeniem piknometru oraz badanej substancji. Świadczy o tym fakt, że ta sama ilość badanego ciała w tym samym piknometrze przy drugim pomiarze miała większą masę niż przy pierwszym. Wiele do życzenia pozostawiało także odpowietrzenie próbek. Przy dokładniejszych oznaczeniach gęstości realizuje się to przez wypompowywanie powietrza pompą próżniową lub gotowanie na łaŹni wodnej. Nie było też czasu, aby dokonać ważenia poszczególnych odważników i sprawdzenia czy ich masa nie uległa zmianie w wyniku ich eksploatacji ( np. mogły ulec częściowej korozji, zabrudzeniu, wytrzeć się ).

Jak łatwo zuważyć błąd wyznaczenia gęstości ciała stałego jest większy od błędu wyznaczenia gęstości cieczy. Wynikać to może z faktu, że przy wyznaczaniu gęstości ciała stałego wykonujemy wiekszą ilość operacji ważenia. Przez to błąd wyznaczenia masy badanego ciała stałego jest dwókrotnie większy od błędu wyznaczenia pozostałych mas, gdy sama masa mierzonej substancji jest niewielka.

Ogólnie należy stwierdzić, że pomiar gęstości przy pomocy piknometru jest wystarczająco dokładny dla wielu zastosowañ technicznych. Na przykład korzysta się z tej metody, ewentualnie z bardzo do niej zbliżonej metody pomiaru gęstości kolbą Le Chateliera przy wyznaczaniu gęstości materiałów budowlanych.

1

---