Politechnika Wrocławska Instytut Fizyki	Ćwiczenie nr : 47 Temat: Zależność przewodnictwa elektrycznego elektrolitów od temperatury; sprawdzenie reguły Waldena.
Marcin Junczak	Data oddania : 26.10.1998	Ocena:
Wydział: BliW Rok 98/99

1. Cele ćwiczenia:

Celem ćwiczenia jest pomiar przewodności elektrycznej właściwej (konduktywności) σ i lepkości η elektrolitu w funkcji temperatury oraz sprawdzenie reguły Waldena, która głosi, że iloczyn ση=const jest niezależny od temperatury.

2. Schemat układu do pomiaru przewodności elektrycznej i współczynnika lepkości elektrolitu w funkcji temperatury.

1- ultratermostat, 2- sonda pomiarowa, 3- naczynie z elektrolitem, 4- mieszadełko magnetyczne, 5- konduktometr cyfrowy, 6- wiskozymetr Hopplera

3. Przeprowadzenie pomiarów:

Umieścić elektrody w naczyńku elektrolitycznym, uruchomić mieszadełko magnetyczne. Ustawić konduktometr na pomiar temperatury i odczytać temperaturę elektrolitu, a następnie ustawić konduktometr na pomiar przewodności σ i zmierzyć jej wartość. Należy przy pomiarze zwrócić uwagę na prawidłowy dobór zakresów tak, aby odczytać maksymalną liczbę cyfr. Następnie pomiary należy wykonać, ustawiając termometr kontaktowy na wyższe temperatury np. 30, 35, 40, 45, 50 ⁰C i za każdym razem czekać aż ustali się równowaga termiczna w roztworze. Po zakończonych pomiarach wyłączyć mieszadełko, wyjąć sondę z naczyńka elektrolitycznego, wypłukać ją w naczyniu z wodą destylowaną i umieścić na statywie. Uruchomić chłodzenie układu.

4. Tabela z wynikami pomiarów i obliczeń.

L.P.

Temperatura T [^0C]

Błąd temperatury δT [^0C]

Czas T [s]

Błąd przy pomiarze czasu. δt [s]

Kondukty-wność σ [S/m.]

B. kondu-ktywności δσ [S/m]

Lepkość η [cP]

Błąd lepkości δη [cP]

Reguła Waldena ση [S/m.][cP]

Błąd reguły δση [S/m.][cP]

1 2 3 4 5 6 7

24,8 26,6 31,9 38,4 41,2 46,6 48,6

±1,5 ±1,5 ±1,5 ±1,5 ±1,5 ±1,5 ±1,5

175 166 142 124 114 101 97

±1 ±1 ±1 ±1 ±1 ±1 ±1

0,467 0,490 0,559 0,634 0,681 0,759 0,780

±0,002 ±0,002 ±0,003 ±0,003 ±0,003 ±0,004 ±0,004

3,01 2,85 2,44 2,13 1,96 1,74 1,67

±0,03 ±0,03 ±0,03 ±0,03 ±0,03 ±0,03 ±0,03

1,41 1,40 1,36 1,35 1,33 1,32 1,30

±0,02 ±0,02 ±0,02 ±0,02 ±0,02 ±0,03 ±0,03

5. Wzory i przykładowe obliczenia

- błąd przewodności (w doświadczeniu do pomiaru konduktywności został użyty konduktometr N5711)

0,490 = 100%

δ_σ = 0,5% δ_σ=0,002

- obliczanie lepkości -jednostka [cP]

wzór : η=K_w*t gdzie K_w= 0,0172 ±0,0001 [cP/s]

przykładowo dla t=175 mamy η=0,0172*175=3,01

- błąd lepkości - jednostka [cP]

wzór: δ_η( K_w,t)=∂δ_η/∂ K_w * δ _Kw + ∂δ_η/∂t* δ_t

różniczkując podany wzór otrzymamy:

δ_η( K_w,t) = t * δ _Kw + K_w * δ_t

δ_η( K_w,t) = 175 * 0,001 + 0,0172 * 1 = 0,03

- reguła Waldena - jednostka [S/m.][cP]

wzór: ση=const

przykładowo: 0,467 * 3,01 = 1,41

- błąd reguły Waldena - jednostka [S/m.][cP]

wzór: δ_ση (σ,η)=∂δ_ση/∂σ * δ_σ + ∂δ_ση/∂η * δ_η

różniczkując podany wzór otrzymamy:

δ_ση (σ,η) = η * δ_σ + σ * δ_η

δ_ση (σ,η) = 3,01*0,002 + 0,467*0,03 = 0,02

6. Przyczyny odstępstw od reguły Waldena

• niedokładność urządzeń pomiarowych użytych w doświadczeniu:

• ultratermostat HORYZONT UT2

• konduktometr cyfrowy N5711

• niedokładność przy pomiarze czasu opadania kulki w wiskozymetrze Hopplera

• niedokładne odczytanie wartości konduktywności spowodowane „skaczącymi” wartościami

• wpływ błędów współczynnika lepkości i konduktywności

• różna temperatura cieczy podczas przepływania przez aparaturę.

7. Wnioski

Wraz ze wzrostem temperatury roztworu maleje jego lepkość (zmniejsza się współczynnik lepkości), a zatem zwiększa się ruchliwość jonów. Ze wzrostem temperatury rośnie też stopień dysocjacji. Te dwie przyczyny powodują silny wzrost konduktywności elektrolitów ze wzrostem temperatury.

1

2

---