Wyznaczenie gęstości ciał stałych i cieczy metodą piknometryczną

ĆWICZENIE 2
WYZNACZENIE GĘSTOŚCI CIAŁ STAŁYCH I CIECZY
METODĄ PIKNOMETRYCZNĄ
Opis układu pomiarowego
Do oznaczania masy służą wagi. Produkowane są
w dwu zasadniczych typach: jako wagi
periodyczne i aperiodyczne. W pierwszych belka
zawieszona na centralnym nożu (pryzmacie)
waha się swobodnie. W wagach aperiodycznych
wahanie belki jest tłumione bądź pneumatycznie
(przez dwa cylindry wchodzące jeden w drugi)
lub
magnetycznie
(blaszka
ze
stopu
magnetycznego porusza się w polu magnesu
stałego). Urządzenie tłumiące hamuje wahanie i
powoduje szybkie ustalenie się punktu zerowego.
Zasada działania wszystkich wymienionych wag
jest jednakowa. Jest to zasada dźwigni
równoramiennej. Na belce opartej w środku na
ostrzu (pryzmacie), w równych odległościach od
punktu podparcia zawieszone są również na
pryzmatach szalki. Na jednej z nich (po prawej
ręce ważącego) umieszcza się odważniki, a na
drugiej przedmiot ważony. Do belki centralnie
przymocowana jest wskazówka, co pozwala
obserwować na skali zrównoważenie szalek.
Każda waga wyposażona jest w urządzenia umożliwiające pionowe ustawienie jej głównego
słupa (pion lub libella).
W ćwiczeniu używamy wagi analitycznej, który to typ najczęściej ma nośność 200 g i
czułości 0,1 mg. Wagi analityczne wyposażone są w urządzenie aretujące tzn.
unieruchamiające je poprzez podparcie szalek. Wagę odaretowuje się tylko w czasie ważenia.
Podczas nakładania lub zdejmowania odważników lub przedmiotu ważonego waga powinna
być zabezpieczona przez zaaretowanie. Nie zaaretowanie wagi podczas tych czynności grozi
jej uszkodzeniem (belka może spaść z pryzmatów).
Ze względu na delikatną budowę omawianych wag, obowiązują określone zasady
postępowania, których nieprzestrzeganie prowadzi do rozregulowania, a nawet zniszczenia jej
pryzmatów.
Zasady prawidłowego ważenia
1.Włączanie (zwalnianie) i wyłączanie (aretowanie) wagi należy wykonywać powoli,
spokojnym ruchem , aby uniknąć uderzenia pryzmatów o panewki.
2.Waga nieużywana powinna być zawsze zaaretowana. Nie wolno nawet na krótko
pozostawić wagi niezaaretowanej.
3.Nakładanie i zdejmowanie odważników należy wykonywać tylko za pomocą specjalnych
szczypczyków (lub pęsety).
ĆWICZENIE 2
4.Nakładanie i zdejmowanie przedmiotów ważonych i odważników należy przeprowadzać
tylko przy wyłączonej wadze, ustawiając je delikatnie na środku szalek tak, aby po włączeniu
wagi szalki nie wahały się na boki.
5.Przedmioty ważone muszą być suche, czyste i mieć temperaturę otoczenia. W tym celu
najlepiej pozostawić jej na jakiś czas obok wagi.
6.Odważanie cieczy można przeprowadzać tylko w szczelnie zamkniętych naczyniach, nie
otwieranych w szafce wagi.
Przeprowadzenie pomiarów
1.Przemyć piknometr etanolem i wysuszyć.
2.Zważyć za pomocą wagi analitycznej suchy piknometr wyznaczając mP.
3.Napełnić piknometr badaną cieczą osuszając bibułą jego ścianki boczne z nadmiaru cieczy
wypływającej po włożeniu korka. Zważyć piknometr z badaną cieczą (mPC)
4.Opróżnić i osuszyć piknometr.
5.Wypełnić piknometr wodą destylowaną i postępując jak w pkt. 3 całość zważyć (mPW).
6.Zważyć badane ciało stałe (śrut ) bezpośrednio na szalce wagi. Objętość ciała stałego
powinna być mała tzn. bliska objętości odważników (mS).
7.Wsypać ciało stałe (śrut) do piknometru wypełnionego wodą destylowaną i całość zważyć
postępując jak w pkt. 3 (mPWS).
Uwaga: Przy nalewaniu cieczy i ważeniu nie należy piknometru obejmować całą dłonią,
ponieważ pod wpływem ciepła oddawanego przez dłoń, ciecz powiększa swą
objętość i wypływa na zewnątrz. Należy szczególnie zwrócić uwagę na to, aby cała
objętość piknometru była wypełniona cieczą.
8.Opróżnić piknometr i osuszyć ciało stałe.
9.Odczytać na termometrze temperaturę w pomieszczeniu. Odczytać z tabeli gęstość wody
destylowanej w tej temperaturze.
10.Ustalić wartości stałych i parametrów niezbędne do opracowania ćwiczenia. Określić
niepewności wielkości mierzonych.
Opracowanie wyników pomiarów
1.Maksymalne niepewności pomiarowe wszystkich ważeń są jednakowe i wynoszą ∆ m .
∆m
Wyznaczyć niepewność standardową ważenia u ( m ) =
.
3
2.Wyznaczyć gęstość cieczy
ρC = ρW
m PC − m P
m PW − m P , jej bezwzględną niepewność złożoną
u(m)
(mPW − mP )2 + (mPC − mP )2 + ( − mPW + mPC )2
(m − mP )2
uc ( ρ C )
oraz względną niepewność uc ,r ( ρ C ) =
.
ρC
uc ( ρ C ) = ρ W
ĆWICZENIE 2
3.Wyznaczyć gęstość ciała stałego ρ
niepewność złożoną
uc ,r ( ρ C ) =
uc ( ρ C )
ρC .
S
=
mS
mS
= ρW
,jego bezwzględną
VS
m S − m PWS + m PW
4. Wyznaczyć bezwzględną niepewność złożoną pomiaru gęstości ciała stałego
u ( m)
(m S - m PWS + m PW ) 2
uc ( ρ S )
oraz względną uc ,r ( ρ S ) =
.
ρS
u c (ρ S ) = ρ W
2( m S ) 2 + ( m PWS − m PW ) 2
5.Oszacować wielkość sił wyporu powietrza działającej na piknometr. Należałoby ją
uwzględnić w przypadku jednorazowego ważenia piknometru.
Zestawić wyniki, przeanalizować uzyskane rezultaty, wyciągnąć wnioski.
Stwierdzić czy cele ćwiczenia:
•wyznaczenie gęstości cieczy;
•wyznaczenie gęstości ciała stałego;
zostały osiągnięte.