WYZNACZANIE GĘSTOŚCI CIAŁ STAŁYCH ZA POMOCĄ PIKNOMETRU I WAGI JOLLE'GO6, FIZYKA-sprawozdania


Nr ćwiczenia

Data

Imię i Nazwisko

Wydział

Semestr

Grupa 1

100 

 

Bocian Błażej

WEiT

1

Nr lab: 1

Prowadzący dr D.Stefańska

Przygotowanie: …………

Wykonanie: …………

Ocena: ……….

Wyznaczanie gęstości ciał stałych i cieczy metodą piknometru i wagi Jolly'ego.

By wyznaczyć gęstość, należy zapoznać się z definicję gęstości. Można ją wyrazić wzorem d=m/V. Równanie to można wykorzystać do wyznaczenia gęstości bezpośrednio dla ciał o regularnych kształtach. Sytuacja komplikuje się jednak gdy mamy do czynienia z nieregularną bryłą. Obliczona objętość obarczona byłaby zbyt dużym błędem.

Jednym ze sposobów rozwiązania tego problemu jest wyznaczenie gęstości przy pomocy piknometru.

Zwykle jest to szklane naczynie o pojemności 50 cm3 Jest on tak zbudowany by ciała wypełniały go całkowicie ( ciecz lub ciało stałe-ciecz ). Poziom cieczy powinien pokrywać się z górną krawędzią korka. Należy usunąć także pęcherzyki powietrza, które znajdują się wewnątrz piknometru. Nie należy dotykać piknometru gołą dłonią bo może to spowodować wzrost jego temperatury a przez to zmianę objętości cieczy wypełniającej go.

Najpierw należy wyznaczyć objętość piknometru. Możemy to uzyskać ważąc wypełniającą go ciecz o znanej gęstości za pomocą wagi analitycznej. Najlepiej użyć wody destylowanej.

0x01 graphic

Gdzie:

mw - masa wody destylowanej

dw - gęstość wody destylowanej

Zatem po wykorzystaniu tego wzoru gęstość cieczy można wyrazić wzorem :

0x01 graphic

gdzie:

d- gęstość badanej cieczy

m- masa badanej cieczy w objętości piknometru

mw - masa wody destylowanej w objętości piknometru

dw - gęstość wody destylowanej

Masę wody i badanej cieczy otrzymujemy w wyniku 3 ważeń:

1 Ważymy pusty piknometr, oznaczamy jego masę przez m1

2 Ważymy piknometr wypełniony do „końca” wodą destylowaną. Tę masę oznaczymy przez m2. Masa wody jest więc równa mw = m2-m1

3 Ważymy piknometr napełniony badaną cieczą - masa wynosi m3 a masa badanej cieczy

m=m3-m1

Wykorzystując te wszystkie wzory, gęstość badanej cieczy można wyrazić równaniem

0x01 graphic

Na podobnej zasadzie można wyznaczyć gęstość ciał stałych.

By było to możliwe musi być możliwość włożenia danego ciała do piknometru.

1 Ważymy ciało stałe na szalce z tektury i oznaczamy jako m1

2 Ważymy piknometr napełniony wodą i oznaczamy jako m2

3 Umieszczamy badane ciało do wnętrza piknometru z wodą. Wylewa się z niego objętość wody równa objętości badanego ciała stałego. Oznaczmy tą masę jako m3

Masa wody m, która wylała się jest równa:

m=(m1+m2)-m3

Wiemy także, iż m=d·V możemy wyznaczyć V ciała stałego:

0x01 graphic

W ten sposób znamy już wszystkie wielkości i można obliczyć gęstośc dla danego ciała stałego.

0x01 graphic

Uwaga:

1 Badane ciało musi mieć mniejszą gęstość niż ciecz w której będzie zanurzone

2 Drugą metodą nie można wyznaczać gęstości cieczy ponieważ po zmieszaniu dwóch cieczy ich wspólna objętość może nie być sumą objętości pierwotnych.

Wyznaczanie gęstości ciał stałych i cieczy za pomocą wagi Jolly'ego polega na wykorzystaniu prawa Archimedesa i Hooke'a.

Urządzenie składa się ze sprężyny umocowanej na ramieniu statywu. Do dolnego końca sprężyny przymocowany jest wskaźnik oraz dwie szalki (jedna pod drugą). Gdy na szalce znajduje się jakieś ciało, długość sprężyny zwiększa się o l zgodnie z prawem Hooke'a.

l = k·m·g

gdzie k - współczynnik sprężystości

Po nałożeniu ciała na górną szalkę położenie wskaźnika przesunie się z położenia a do położenia b. Więc:

0x01 graphic

Gdy ciało położymy na dolnej szalce (zanurzonej w wodzie) to:

0x01 graphic

Po odjęciu stronami równań obliczymy masę wypchniętej wody a następnie jej objętość

0x01 graphic

Gdzie dw - gęstość wody w temperaturze pokojowej.

Wstawiając masę i objętość otrzymujemy wzór na gęstość:

0x01 graphic

W celu badania gęstości cieczy należy zanurzyć to samo ciało w badanej cieczy. Gęstość wody zastępujemy przez d c, a położenie c położeniem d (różnica wynika z innej siły wyporu

0x01 graphic

Porównując prawe strony równań otrzymujemy:

0x01 graphic

Wyniki pomiarów:

Wyniki pomiarów zostały przeprowadzone tylko dla obliczenia gęstości ciał stałych (miedzi, mosiądzu i glinu). W pracowni nie było żadnych cieczy do zbadania. Nie potrzebnie ważyłem pusty piknometr.

Obliczenia:

Obliczenia są bardzo proste. By je jednak usprawnić wykonałem je w arkuszu kalkulacyjnym. Zamieszczę tu tylko jeden przykład jak obliczyć gęstość ciał dla każdego z doświadczeń.

Obliczenia wykonane w arkuszu kalkulacyjnym:

Wyznaczanie gęstości ciał stałych za pomocą wagi Jolly'ego

oznaczenia:

a - położenie wskaźnika, gdy szalki są puste

b - położenie wskaźnika, gdy ciało znajduje się na szalce nad wodą

c - położenie wskaźnika, gdy ciało znajduje się na szalce w wodzie

gęstość wody 1kg/dm3

Badane ciało

a

B

c

gęstość d

gr błędu

Miedź

5

15,2

14

8,5

1,42

Mosiądz

5

14,6

13,5

8,73

1,59

Aluminium

5

8,1

25

2,82

0,51

Wyznaczanie gęstości ciał stałych za pomocą piknometru

oznaczenia:

m1 - masa badanego ciała na szalce z tektury

m2 - masa piknometru napełnionego wodą

m3 - masa badanego ciała w piknometrze z wodą

Badane ciało

m1

m2

m3

gęstość d

gr błędu

Miedź

53,93

51

98,8

8,7977

0,0414

Mosiądz

48,44

51

93,55

8,2241

0,0402

Aluminium

23,34

51

65,38

2,6049

0,0076

Przykładowe obliczenia:

Obliczę gęstość miedzi w doświadczeniu z wagą jolly'ego:

0x01 graphic

0x01 graphic

i gęstość mosiądzu w doświadczeniu z piknometrem:

0x01 graphic

0x01 graphic

Jak widać, wyniki dla obu doświadczeń są bardzo duże. Mieszczą się w granicach błędów. Omówię ten problem dokładniej podczas dyskusji błędów.

Dyskusja błędów:

Obydwie metody mają wady i zalety. Jak widać z obliczeń, granica błędu w doświadczeniu z piknometrem jest parędziesiąt razy mniejsza, a przez to większa dokładność.

Doświadczenie z piknometrem podatne jest jednak na błędy grube i przypadkowe. Bardzo łatwo „zgubić” część badanej substancji w czasie ważenia lub przesypywania do piknometru. Waga miała dokładność do 0,01g. Uważam, iż błędy w czasie ważenia były większe. Na wadze zmieniał się wynik nawet o 0,03 grama. Myślę, że wywołane to było brakiem szyby osłaniającej wagę. Trudno było także ustalić, czy nie ma pęcherzyków powietrza w piknometrze, gdy znajdowało się w nim badane ciało. Inną niedogodnością było to, że próbki metali były pomieszane. (w próbce miedzi były pojedyncze skrawki mosiądzu. Oczywiście powybierałem je. Nie wiem czy odnalazłem wszystkie). W obydwu doświadczeniach przyjąłem, że gęstość wody jest równa 1g/cm3, co do końca nie jest prawdą. Wiadomo, że objętość zmienia się wraz z temperaturą. Woda do końca też nie była idealnie czysta. Pływały w niej jakieś ciała obce.

Granicę błędu obliczyłem z różniczki zupełnej:

0x01 graphic

Wyniki można odczytać z obliczeń wykonanych w arkuszu kalkulacyjnym.

Podobnie obliczyłem granicę błędu dla doświadczenia z wagą Jolly'ego:

0x01 graphic

Wyniki także można odczytać z obliczeń wykonanych w arkuszu kalkulacyjnym.

Jak widać granice błędu w skrajnych przypadkach dochodzą do 50%. Sposób na wyznaczanie gęstości ciął za pomocą wagi Jolly'ego ma jednak kilka zalet. Trudna jest popełnić błąd gruby. Urządzenie do pomiarów jest znacznie prostsze i tańsze, a przez to mniej awaryjne.

Wnioski:

Uzyskane wyniki pomiarów w doświadczeniu z wagą Jolly'ego mieszczą się w granicach błędu. Jest jednak mała dokładność. Proponowałbym zwiększenie masy próbek. W ten sposób zwiększyłaby się dokładność pomiarów. W doświadczeniu z piknometrem brakowało lejka, który ułatwiałby przesypywanie ciał stałych do piknometru. Wyniki nie mieszczą się w granicach błędów, choć są znacznie bardziej zbliżone do tych z tabeli fizycznej.

Jak już wcześniej wspomniałem użycie większych próbek w doświadczeniu z wagą Jolly'ego pozwoliłoby na zwiększenie dokładności pomiarów. Żałuję, że nie nałożyłem na szalki po dwie jednakowe próbki. Być może częściowy wpływ (bardzo niewielki) może mieć fakt, iż próbka w doświadczeniu z piknometrem była wykonana z pociętego drutu, który może zawierać domieszki innych metali.

Końcowe rezultaty wyglądają następująco:

Wyniki gęstości ciał uzyskane w doświadczeniach:

Badane ciało:

Waga jolly'ego:

Piknometr:

Wartości z tabeli:

Miedź

0x01 graphic

0x01 graphic

0x01 graphic

Mosiądz

0x01 graphic

0x01 graphic

0x01 graphic

Aluminium

0x01 graphic

0x01 graphic

0x01 graphic



Wyszukiwarka

Podobne podstrony:
WYZNACZANIE GĘSTOŚCI CIAŁ STAŁYCH ZA POMOCĄ PIKNOMETRU I WAGI JOLLE GO7
Wyznaczanie gęstosci ciał stałych za pomocą pikometri i wagi Jolle'go, FIZA100Y, gęstość
Wyznaczanie gęstości ciał stałych za pomocą piknometru, Budownictwo UTP, semestr 1 i 2, Nowy folder
Wyznaczanie gęstości ciał stałych za pomocą piknometru, laboratorium fizyczne, Laboratorium semestr
100 Wyznaczanie gęstości ciał stałych za pomocą wagi Jolly'ego i piknometru
WYZNACZANIE GESTOSCI CIAŁ STAŁYCH ZA POMOCA PIKTROMETRU
Wyznaczanie gęstości cieczy i ciał stałych za pomocą piknome, Sprawozdania - Fizyka
Wyznaczanie gęstości cieczy i ciał stałych za pomocą piknometru
Sprawozdanie 2i4 Pomiar gęstości cieczy i ciał stałych za pomocą piknometru oraz metodą hydrostatycz
76 - WYZNACZANIE WSPÓŁCZYNNIKA ZAŁAMANIA SZKŁA ZA POMOCĄ SPEKTROMETRU, Materiały na studia, Fizyka
,laboratorium podstaw fizyki,Wyznaczanie gęstości cieczy i ciał stałych za pomocą wagi hydrostatyczn
,laboratorium podstaw fizyki,WYZNACZENIE GĘSTOŚCI CIAŁ STAŁYCH
wyznaczanie gęstości ciał stałych przez ważenie i mierzenie(1), studia, fizyka
WYZNACZANIE WSPÓŁCZYNNIKA ROZSZERZALNOŚCI CIECZY ZA POMOCĄ PIKNOMETRU
Wyznaczanie gęstości ciał stałych przez ważenie i mierzenie 2 sposób, studia, fizyka
fiz31 100-Wyznaczanie gęstości ciał stałych
wyznaczanie gęstości ciał stałych z prawa archimedesa, studia, fizyka

więcej podobnych podstron