Jan Kędzierski Grzegorz Karczewski Andrzej Serafin	Prowadzący: mgr Justyna Trzmiel	Laboratorium: Fizyka H1 Ćwiczenie: 47
			grupa: poniedziałek 14^15	Zależność przewodnictwa elektrycznego elektrolitów od temperatury; sprawdzenie reguły Waldena.
					Ocena:
data: 08.03.2004

1.Cel ćwiczenia

Pomiar przewodności elektrycznej (konduktywność) σ. Pomiar lepkości elektrolitu η w funkcji temperatury. Sprawdzenie reguły Waldena

nie jest zależne od temperatury.

2. Wprowadzenie teoretyczne.

Elektrolitami są wszystkie roztwory kwasów, soli i zasad w wodzie lub w innym rozpuszczalniku o dużej przenikliwości dielektrycznej(np. w acetonie). Są to substancje o tzw. wiązaniach jonowych . W odróżnieniu od przewodników metalicznych, nośnikami prądu w elektrolitach są jony o dużej masie czyli przewodzenie prądu przez elektrolity związane jest z transportem masy. Gdy oddziaływania między jonami w elektrolicie ulegną znacznemu zmniejszeniu(np. rozpuszczanie substancji), wtedy elektrolit ulega dysocjacji czyli rozpadowi na swobodne jony zdolne do przewodzenia prądu. Nie wszystkie cząsteczki substancji rozpuszczonej są dysocjowane. Stosunek liczby cząsteczek dysocjowanych n_o` do ogólnej liczby cząsteczek rozpuszczonych n_o nazywamy stopniem dysocjacji α.

Stopień dysocjacji zależy od: temperatury, stężenia roztworu i rodzaju roztworu.

Z chwilą przyłożenia do elektrolitu zewnętrznego pola elektrycznego E, tzn. z chwilą zanurzenia do roztworu dwóch elektrod połączonych ze źródłem napięcia, na jony działają siły elektryczne FE=q. Jony uzyskują prędkość ruchu uporządkowanego zwaną prędkością unoszenia (υ). Uporządkowany ruch ładunków elektrycznych stanowi prąd.

Gęstość wytworzonego w ten sposób prąd wynosi:

we - w-krotność ładunku elektronu e( w jest wartościowością elektrochemiczną substancji)

v₊, v_- -prędkość unoszenia jonów dodatnich i ujemnych.

Prędkość jonów początkowo zwiększa się i ustala z chwilą zrównoważenia siły elektrycznej przez siłę oporu (lepkość) roztworu, proporcjonalną do prędkości jonów.

Po wprowadzeniu pojęcia ruchliwości jonów, oraz porównując wzór na gęstość z prawem Ohma
otrzymamy:

F- stała Faradaya;

c- stężenie roztworu;

Gdy temperatura roztworu wzrasta jego lepkość maleje, a zatem zwiększa się ruchliwość jonów, dodatkowo może wzrastać stopień dysocjacji α. Przewodnictwo jonowe zależy głównie od lepkości roztworu. Z warunku równowagi sił oraz ze wzoru na przewodność otrzymujemy równanie:

r- promień jonu o kształcie kuli o promieniu większym niż promień cząstek rozpuszczanych.

q- wartość ładunku dodatniego i ujemnego

Z tego wynika że:

Reguła ta nosi nazwę reguły Waldena, której prawdziwość będziemy sprawdzać w doświadczeniu.

3. Przebieg ćwiczenia.

a) Układ pomiarowy

Układ do pomiaru przewodności elektrycznej i współczynnika lepkości elektrolitu w funkcji temperatury: T - ultratermostat: 1 - wyłącznik zasilania, 2 - wyłącznik grzania, 3 - wyłącznik mieszania, 4 - termometr kontaktowy, M - mieszadełko magnetyczne, N - naczynie z elektrolitem, S - sonda pomiarowa (czujnik), K - konduktometr cyfrowy: 1 - wyłącznik zasilania, 2 - pokrętło wyboru rodzaju pracy (T - pomiar temperatury, G - pomiar przewodności,σ - pomiar przewodności właściwej, K - odczyt i regulacja stałej sondy), W - wiskozymetr Höpplera: 1 - rurka, 2 - kulka, 3 - osłona termostatyczna, O - obieg cieczy (wody) grzejącej

b) Tabela wyników.

Lp.	T [^°C]	ΔT [^°C]	σ [mS/m]	Δσ [mS/m]	t [s]	Δt [s]	η [cP]	Δη [cP]	Walden [cP*S/m]	Δ(ησ) [%]
1	27,3	1,5	12,07	0,31	142,09	1,00	2,44		29,50
2	30,1	1,5	12,98	0,33	129,69	1,00	2,23		28,95
3	35,5	1,5	14,85	0,38	109,23	1,00	1,88		27,90
4	39,3	1,5	15,76	0,40	101,23	1,00	1,74		27,44
5	43,1	1,5	17,06	0,44	92,09	1,00	1,58		27,02

c) Przykłady obliczeń (dla pierwszego pomiaru)

obliczam wartość współczynnika lepkości korzystając z zależności:

gdzie:

K - stała wiskozymetru

t - jest czasem opadania kulki między zewnętrznymi kreskami wiskozymetru

przyjęliśmy, że:

znając błąd przyrządu pomiarowego (miernika przewodności):

obliczyliśmy

sprawdzamy regułę Waldena z zależności:

d) wykresy

przewodnictwo

lepkość

4.Wnioski

Jak widać w powyższych wykresów ćwiczenie udało się przeprowadzić dość dokładnie. Rzeczywiście sprawdzenie reguły Waldena się zgadza. Im wyższa temperatura, tym lepkość cieczy jest mniejsza, co było widać najlepiej poprzez ruch kulki w naczyniu. Jej prędkość opadania wraz z temperaturą rosła.

Na drugim wykresie natomiast widać, że wraz ze wzrostem temperatury cieczy wzrasta przewodność elektrolitu.

Iloczyny
dla poszczególnych pomiarów są do siebie zbliżone, największa różnica wynosi 2,48
. Powodem błędów mogło być np. nie zbyt dokładny start/stop stopera, który posłużył nam do obliczenie współczynnika lepkości, nie równomierna temperatura, błędy użytych przyrządów.

---