Ć W I C Z E N I E N R M-1

Transkrypt

1 INSTYTUT FIZYKI WYDZIAŁ INŻYNIERII PRODUKCJI I TECHNOLOGII MATERIAŁÓW POLITECHNIKA CZĘSTOCHOWSKA PRACOWNIA MECHANIKI Ć W I C Z E N I E N R M- WYZNACZANIE GĘSTOŚCI CIECZY I CIAŁ STAŁYCH ZA POMOCĄ PIKNOMETRU

2 Ćwiczenie M-: Wyznaczanie gęstości cieczy i ciał stałych za poocą piknoetru I. Zaganienia o przestuiowania. Pojęcie gęstości bezwzglęnej i wzglęnej.. Metoy wyznaczania gęstości cieczy i ciał stałych.. Piknoetr.. Rachunek błęu etoą różniczki zupełnej. II. Wprowazenie teoretyczne Gęstością anego ciała nazyway stosunek jego asy o objętości () Jeżeli asę ierzyy w kg, a objętość w, to gęstość wyrażona jest w kg/. Gęstością wzglęną nazyway stosunek gęstości anego ciała o gęstości innego ciała przyjętego za wzorcowe w () Jak wynika z efinicji, gęstość wzglęna jest liczbą nieianowaną. Gy objętości ciał są równe, to gęstość wzglęna równa jest stosunkowi as:,, () stą w () Ciało, wzglęe którego określay gęstość wzglęną, nazywa się wzorcowy. Najczęściej jako wzorcowe ciało używay woy estylowanej. Gęstość woy estylowanej w teperaturze C i po ciśnienie 0 Pa (760 Hg) jest równa 000 kg/. Gęstość wzglęna jakiegoś ciała w stosunku o gęstości woy przy C jest praktycznie równa gęstości bezwzglęnej tego ciała (różni się tylko brakie iana).

3 Ćwiczenie M-: Wyznaczanie gęstości cieczy i ciał stałych za poocą piknoetru III. Zasaa poiaru. Wyznaczanie gęstości cieczy Do wyznaczania gęstości cieczy potrzebna jest znajoość asy i objętości. Do poiarów tych wielkości używay wagi analitycznej i piknoetru. Piknoetr jest to niewielkie naczynie w kształcie kolby z okłanie oszlifowany korkie. W śroku korka znajuje się kanalik, przez który oże wypływać naiar cieczy z naczynia (rys. ). Rys.. Piknoetr Prze przystąpienie o poiarów należy okłanie wyyć piknoetr i wysuszyć. Najlepiej przeyć cieczą szybko parującą, np. alkohole. Po wysuszeniu piknoetr ważyy na waze analitycznej i oznaczay jego asę przez. Następnie napełniay woą estylowaną, zaykay korkie i zbieray bibułą woę wypływającą przez kanał w korku oraz osuszay okłanie zewnętrzne części piknoetru. Ważyy piknoetr napełniony woą estylowaną i oznaczay jego asę przez. Wyleway woę, osuszay piknoetr i napełniay baaną cieczą oraz wyznaczay asę piknoetru z baaną cieczą. Masa cieczy = Masa woy estylowanej w = Ponieważ w = t gzie t - gęstość woy w teperaturze t, to = t Objętość woy estylowanej t () Objętości cieczy jest równa objętości woy estylowanej, a zate gęstość cieczy c

4 Ćwiczenie M-: Wyznaczanie gęstości cieczy i ciał stałych za poocą piknoetru c t (6) Gęstość t oczytać należy z tablic la teperatury woy używanej o poiarów.. Wyznaczanie gęstości ciał stałych Napełniony woą estylowaną piknoetr posiaa asę. Wyznaczay asę anego ciała stałego w postaci granulek i oznaczyy jako. Wrzucay granulki o piknoetru napełnionego woą. Wstrząsay kilkakrotnie piknoetre (aby usunąć z niego pęcherzyki powietrza) i zaykay korkie. Pewna objętość woy - równa objętości ciała zanurzonego - wylewa się z piknoetru. Po osuszeniu ważyy piknoetr z woą i ciałe stały i oznaczay asę. Masa woy, która wylała się z piknoetru po wrzuceniu ciała = + ponieważ = t ożna zapisać, że Objętość woy, która wylała się z piknoetru + = t t (7) Objętość ta równa jest objętości wrzuconych o piknoetru granulek. Ostatecznie więc gęstość baanego ciała stałego t (8) I. Zestaw poiarowy Waga laboratoryjna, waga analityczna, piknoetr, suszarka, woa estylowana, ciecz o nieznanej gęstości, ciało stałe o nieznanej gęstości, alkohol o przeywania piknoetru.. Przebieg ćwiczenia. Przeyway piknoetr woą estylowaną, przepłukujey alkohole i okłanie wysuszay.. Wyznaczay asę pustego piknoetru za poocą wagi analitycznej.

5 Ćwiczenie M-: Wyznaczanie gęstości cieczy i ciał stałych za poocą piknoetru. Napełniay piknoetr woą estylowaną i zaykay korkie, zbieray bibułą naiar woy wypływającej przez kanalik w korku i osuszay szatką boczne części piknoetru.. Wyznaczay asę piknoetru z woą estylowaną.. Mierzyy teperaturę t woy. 6. Wyznaczay asę baanego ciała w postaci granulek, tzn. asę. 7. Wrzucay granulki o piknoetru wypełnionego woą. Wstrząsay kilkakrotnie, usuwając pęcherzyki powietrza, zaykay korkie i zbieray naiar wypływającej woy bibułką. Wyznaczay, asę piknoetru wraz z zawartością. 8. Wyleway woę, osuszay piknoetr i napełniay baaną cieczą. Ważyy piknoetr z cieczą, tzn. asę. 9. Oczytujey z tablic gęstość o woy t w teperaturze t. 0. Wyniki poiarów i obliczenia zapisujey w tabelach. I. Tabele poiarowe TABELA. Tabela poiarowa [0 kg] [0 kg] [0 kg] [0 kg] [0 kg] t [C] t [0 kg/ ] TABELA. Tabela wyników c [0 kg/ ] c [0 kg/ ] δ c [%] [0 kg/ ] [0 kg/ ] δ [%] II. Opracowanie wyników. Obliczay gęstość cieczy c ze wzoru c. t. Obliczay gęstość ciała stałego ze wzoru. t III. Rachunek błęu. Błą bezwzglęny wartości gęstości cieczy i ciała stałego obliczay etoą różniczki zupełnej. Dla cieczy

6 Ćwiczenie M-: Wyznaczanie gęstości cieczy i ciał stałych za poocą piknoetru c c c c Po obliczaniu pochonych cząstkowych i zastosowaniu operacji oułu (wartości bezwzglęnej) otrzyujey c ( t t ) ( ) t (9) Praktyczne obliczenia ożna przeprowazić za poocą zależności równoważnej o postaci (9), ale zawierającej wartość obliczonej uprzenio wartości gęstości c. W ty celu zauważy, że wzór (9) ożna zapisać w barziej rozwiniętej forie c t t t (0) Wówczas na postawie zależności (6) i (9) otrzyujey ostatecznie, że c c () Należy zwrócić uwagę, że kolejne człony w nawiasie kwaratowy zależności () przestawiają wzglęne uziały błęów c, uwarunkowane błęai, i. Dla ciała stałego (granulek) ( ) ( ) ( ) t t t t t t () Ostateczna - barziej ogona o obliczeń - postać na jest następująca: () W praktyce wartości,,, i ożna przyjąć za jenakowe i równe okłaności ważenia (- najniejsza ziałka skali wagi). 6

7 Ćwiczenie M-: Wyznaczanie gęstości cieczy i ciał stałych za poocą piknoetru Uwzglęniając ten fakt, wyrażenia na błęy gęstości cieczy c (wzór ()) i ciała stałego (wzór ()) ożey zapisać w skróconych (barziej atrakcyjnych ) postaciach, a ianowicie: c c (B) (B) Należy obliczyć wartości liczbowe c oraz, a następnie okonać zaokrągleń wartości c i c oraz i - zgonie z obowiązującyi zasaai (norai).. Zaokrąglone wartości c i c oraz i wpisać o tabeli.. Obliczyć błą wzglęny gęstości cieczy i ciała stałego.. Przeprowazić yskusję uzyskanych wyników, porównać uzyskane wartości z wartościai tablicowyi i wskazać na źróła ewentualnych różnic. Literatura. Dryński T., Ćwiczenia laboratoryjne z fizyki, PWN, Warszawa Halliay D., Resnick R., Walker J., Fizyka, t., Wyawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 00.. Lech J., Opracowanie wyników poiarów w laboratoriu postaw fizyki, Wyawnictwo Wyziału Inżynierii Procesowej, Materiałowej i Fizyki Stosowanej PCz, Częstochowa 00.. Wróblewski A.K., Zakrzewski J.A., Wstęp o fizyki, PWN, Warszawa

8 I. Dane techniczne Ćwiczenie M-: Wyznaczanie gęstości cieczy i ciał stałych za poocą piknoetru Maksyalne obciążenie wagi 00 g Wartość wagowa ziałki 0, g Dokłaność oczytu 0, g Zakres skali 0+0 g II. Uwagi ogólne o użytkowaniu wagi Załącznik o ćwiczenia M- Instrukcja obsługi wagi analitycznej WA- Waga analityczna jest przyrząe poiarowy o wyjątkowo precyzyjnej buowie, toteż zarówno jakość jej wskazań, jak i okres eksploatacji bęą w uży stopniu uzależnione o właściwego użytkowania i konserwacji. Ostrożne i elikatne włączanie i wyłączanie wagi oraz utrzyanie jej w czystości, niewątpliwie okres ten przełuży. Wszelkie anipulacje z wagą, jak tarowanie, zawieszanie wieszaków lub szalek, nakłaanie i zejowanie oważników, ożna wykonywać tylko wtey, gy waga jest wyłączona. Nie wolno pozostawiać wagi niewyłączonej, gy przestaje być użytkowana, jak również nie ożna opuścić, by na skutek nieostrożności czy też nie ość elikatnego obchozenia się z nią belka lub wieszaki spały z wkrętów popierających. III. Buowa i obsługa wagi Rys.. Waga analityczna 8

9 Ćwiczenie M-: Wyznaczanie gęstości cieczy i ciał stałych za poocą piknoetru. Połączyć wagę za pośrenictwe transforatora o sieci prąu ziennego 0.. Wyregulować ostrość obrazu ikroskali. (W ty celu należy włączyć wagę za poocą uchwytu () (rys. ) i pokręcając uchwyte () tak ustawić obiektyw, aby obraz na atówce był wyraźny.). Ustawić atówkę w położeniu śrokowy za poocą uchwytu (). Możliwość przesuwania atówki służy o zerowania wagi, gy ochylenie o położenia zerowego przy nieobciążonych szalkach jest niewielkie.. Ciało, którego asę ierzyy, uieścić na szalce prawej.. Prze ważenie na waze analitycznej należy wyznaczyć asę baanego ciała na waze laboratoryjnej z okłanością o g. 6. Oważniki graowe nakłaay za poocą echanizu uruchaianego pokrętłai (), () i (6). 7. Oważniki iligraowe nakłaay za poocą echanizu uruchaianego pokrętłai (7) i (8). 8. Ważenia okonujey przy zakniętych rzwiczkach. 9. Po oprowazeniu wagi o równowagi wagę należy zaaretować (zablokować), a następnie obliczyć asę ciała. UWAGI: Nakłaanie i zejowanie oważników wykonywać tylko przy zaaretowanej waze, wagę włączać ostrożnie. 9