Pomiar gęstości cieczy i ciał stałych za pomocą piknometru.doc

Pomiar gęstości cieczy i ciał stałych za pomocą piknometru.

Pomiar gęstości metodą hydrostatycznego ważenia.

Wykonali:

xxx

xxx

Grupa 2a

Zespół 1

Kierunek: Inżynieria Środowiska

Wydział: Ochrony Środowiska i Rybactwa

Piknometr – jest to naczynie szklane o stałej pojemności. Najczęściej są stosowane piknometry w kształcie kolbki, zamkniętej dokładnie doszlifowanym korkiem szklanym, mającym włoskowaty otworek, przez który wylewa się nadmiar cieczy podczas zamykania napełnionego piknometru. W korku niektórych piknometrów może być osadzony termometr do bezpośredniego odczytu temperatury pomiaru. W czasie pomiaru piknometr należy ujmować tylko za szyjkę, aby przez ogrzanie ręką nie zmieniać objętości zbiornika z cieczą.

Istnieją cztery główne rodzaje piknometrów:

- z otworem kapilarnym

- z termometrem i kapilarą

- ze znakiem i korkiem ze szlifem

- u-kształtny piknometr (stosowany do pomiarów gęstości lotnych cieczy).

Piknometry trudno jest stosować do niskowrzących cieczy, ponieważ wtedy parowanie z kapilary zaczyna mieć wpływ na wynik pomiaru. Pomiar piknometrem substancji silnie toksycznych oraz wchodzących łatwo w reakcję z tlenem lub wilgocią wymaga zastosowania wagi i termostatu umieszczonych w komorze rękawicowej.

Piknometry wykorzystywane są m.in. przy pomiarach gęstości, i pozwalają na uzyskanie najdokładniejszych wyników, wśród wszystkich metod densymetrycznych.

POMIAR GĘSTOŚCI CIECZY – pomiar polega na wyznaczeniu masy cieczy badanej oraz masy wody destylowanej o tej samej objętości i w tej samej temperaturze. Piknometr służy do odmierzania tej samej objętości cieczy badanej i wody destylowanej.

- masa cieczy badanej
- masa wody destylowanej
         

Gęstość względna d:

          
- masa pustego piknometru
- masa piknometru z wodą destylowaną
- masa piknometru z cieczą badaną

Gęstość bezwzględna cieczy:

Wykonanie pomiaru:

1.       Zważyć pusty, dokładnie osuszony piknometr.

2.       Napełnić piknometr wodą destylowaną i zamknąć korkiem; osuszyć go z zewnątrz i zważyć.

3.       Wylać wodę, po starannym osuszeniu napełnić piknometr badaną cieczą i zważyć.

4.       Obliczyć gęstość względną i bezwzględną badanej cieczy. Gęstość bezwzględną wody destylowanej w temperaturze pomiaru odczytać z tablic.

5.       Wyniki przedstawić w tabelce.

POMIAR GĘSTOŚCI CIAŁ STAŁYCH – aby wyznaczyć gęstość ciała, należy znać jego masę i objętość.

- masa piknometru z wodą destylowaną
- masa piknometru z wodą i masa ciała badanego
- masa piknometru z ciałem badanym i wodą pozostałą w piknometrze po wrzuceniu do niego ciała badanego

Masa ciała badanego:

Objętość ciała badanego:
         
- masa wody wypartej
- gęstość wody
                             

Wykonanie pomiaru:

1.       Napełnić piknometr wodą destylowaną, zamknąć korkiem szklanym, osuszyć z zewnątrz i zważyć – masa

2.       Obok piknometru z wodą położyć na szalkę badaną substancję i zważyć.

3.       Wsypać badane ciało do piknometru. Osuszyć dokładnie piknometr i zważyć.

4.       Obliczyć gęstość bezwzględną i względną ciała badanego. Wartość gęstości bezwzględnej wody w temperaturze pomiaru odczytać z tablic.

5.       Pomiar wykonać dla dwóch ciał badanych.

6.       Wyniki pomiaru zestawić w tabelce.

POMIAR GĘSTOŚCI METODĄ HYDROSTATYCZNEGO WAŻENIA

Pomiar gęstości metodą hydrostatycznego ważenia jest oparty na prawie Archimedesa: na ciało zanurzone w płynie działa wypadkowe parcie zwrócone pionowo do góry, które jest równe ciężarowi płynu o objętości zanurzonego ciała. Parcie to nazywamy wyporem hydrostatycznym. Przyczyną wyporu hydrostatycznego  jest różnica ciśnień hydrostatycznych działających z dołu i z góry na zanurzone ciało . Ciśnienia boczne się równoważą. Podobnie jest w gazach, w których jednak przy niewielkich objętościach ciał zanurzonych wypór jest bardzo mały i jest brany pod uwagę jedynie w pomiarach bardzo dokładnych. Jeżeli objętość ważonego ciała jest taka sama jak objętość użytych odważników, to wypór nie ma żadnego wpływu na wynik ważenia.

Ciało badane ważymy w powietrzu (ciężar P) oraz zanurzone w wodzie (ciężar Q). Różnica P-Q jest równa ciężarowi wody o objętości ciała badanego całkowicie zanurzonego.



Stąd objętość ciała badanego wynosi:

ciężar właściwy wody

Ciężar właściwy ciała badanego wyraża się wzorem:

Zależność między ciężarem właściwym danego ciała a jego gęstością wyraża się wzorem:

g – przyspieszenie ziemskie

Możemy zatem wzór:

napisać następująco:

Stąd gęstość ciała, które tonie w wodzie, wyrazi się wzorem:
 

Gęstość ciała nie tonącego w wodzie wyznaczamy następująco: aby spowodować zanurzenie ciała badanego w wodzie, co umożliwia wyznaczenie jego objętości, doczepiamy do niego obciążnik metalowy (walec metalowy, którego gęstość wyznaczamy w pierwszej części ćwiczenia).

P – ciężar ciała badanego w powietrzu
Q – ciężar ciała badanego w wodzie
R – ciężar obciążnika w wodzie
T – ciężar ciała z obciążnikiem w wodzie
V – objętość ciała badanego

Z prawa Archimedesa wynika, że ciężar ciała w powietrzu jest równi ciężarowi ciała zanurzonego w wodzie (Q) i wody wypartej przez to ciało ()

Ciężar T jest sumą ciężarów Q i R:

T = Q + R

Obliczamy V:

Ciężar właściwy wyraża się wzorem:



ostatecznie otrzymujemy:

gęstość tego ciała wynosi:

Wykonanie pomiaru:

1.       Badaną bryłę metalową zawiesić na haczyku, na którym jest również zawieszona szalka i wyznaczyć ciężar bryły w powietrzu (P).

2.       Postawić zlewkę z wodą destylowaną na podstawce, tak aby zawieszone ciało zanurzyło się całkowicie w wodzie i zważyć je (Q).

3.       Obliczyć gęstość ciała badanego. Gęstość bezwzględną wody w temperaturze pracowni odczytać z tablic.

4.       Wykonać pomiary dla dwóch lub więcej ciał.

5.       Zważyć w powietrzu ciało nie tonące w wodzie, np. kulkę z parafiny, drewna lub korka (P).

6.       Zawiesić ciało na ramieniu wagi, a pod nim ciało, którego gęstość już wyznaczyliśmy. Całość zanurzyć w wodzie i zważyć (T).

7.       Obliczyć gęstość ciała badanego.

8.       Wyniki zestawić w tabelce.