docPOLITECHNIKA ŚWIĘTOKRZYSKA w Kielcach WYDZIAŁ
download 
Reklamacja Transkrypt
POLITECHNIKA ŚWIĘTOKRZYSKA w Kielcach WYDZIAŁ
POLITECHNIKA ŚWIĘTOKRZYSKA w Kielcach WYDZIAŁ MECHATRONIKI I BUDOWY MASZYN KATEDRA URZĄDZEŃ MECHATRONICZNYCH LABORATORIUM FIZYKI INSTRUKCJA ĆWICZENIE LABORATORYJNE NR 3 Temat: Wyznaczanie gęstości ciał stałych Opracowali: dr inż. Paweł Łaski dr Jakub Takosoglu Kielce 2013 1. Wstęp Gęstość, czyli masa właściwa, jest to stosunek masy pewnej substancji do zajmowanej przez nią objętości. W przypadku substancji jednorodnych porcja ta może być wybrana dowolnie jeśli jej objętość wynosi V, a masa m, to gęstość substancji wynosi ρ i nie zależy od wyboru próbki: (1) W przypadku substancji niejednorodnych, gęstość nie jest stała w przestrzeni i określana jest dla każdego punktu z osobna. Definiuje się ją jak w przypadku ciał jednorodnych, przy założeniu, że wybrana porcja substancji, obejmująca dany punkt, jest jak najmniejsza. Wybierając próbkę w otoczeniu danego punktu otrzymujemy gęstość w tym punkcie jako granicę stosunku masy próbki dm do jej objętości dv przy rozmiarach próbki dążących do zera: (2) Jednostką gęstości w układzie SI jest kilogram na metr sześcienny [kg/m³]. Gęstość większości substancji jest zależna od panujących warunków, w szczególności od temperatury i ciśnienia. W związku z tym, w tablicach opisujących właściwości materiałów podaje się ich gęstość zmierzoną w określonych warunkach. Przeważnie są to warunki standardowe lub normalne. Znajomość gęstości pozwala na obliczenie masy określonej objętości substancji. Dla substancji jednorodnej można zapisać: (3) Dla ciał niejednorodnych: (4) W tabeli 1 zebrano gęstości niektórych ciał stałych, w tabeli 2 gęstości cieczy, w tabeli 3 gęstości gazów. Wyznaczanie gęstości ciał stałych 2 Tabela 1. Gęstość ciał stałych w temperaturze 20oC. Ciało Aluminium (glin) Antymon Arsen Azbest w tek. Bakelit Bar Beryl Bor Beton Bizmut Brąz Celuloid Chrom Chromonikielina Cegła Cyna (biała) Cynk Drewno – dąb – lipa Duraluminium Ebonit Elektron (stop magnezu) Fosfor biały Gips Glina (sucha) Grafit Guma (wyroby) Gutaperka Inwar Iryd Kadm Kauczuk Korek Kreda Kobalt Krzem Kwarc Igelit Lód przy 0 °C Magnez Mangan Gęstość w kg/m³ Ciało 2720 Marmur Miedź 6685 (elektrolityczna) 5776 Mika 2000-2800 Mikanit 1340 Molibden 3600 Mosiądz 2690-2700 Naftalina 3300 Nikiel 1800-2400 Nikielina 9807 Nowe srebro 8800-8900 Nylon 1380 Ołów 6920 Osm 8200-8370 Pallad 1400-2200 Parafina 7200-7400 Piasek (suchy) 7130-7200 Platyna Plexiglas 600-900 Porcelana 400-600 Potas 2800 Rod 1100-1300 Saletra sodowa Siarka jednoskośna 1740-1840 Siarka rombowa 1830 Skóra (sucha) 2310-2330 Sód 1500-1800 Srebro 2300-2720 Stal 1100-1190 Stal nierdzewna 960-990 Staliwo 8000 Śnieg 22400 Szkło zwykłe 8640 Szkło kwarcowe 940 Tłuszcze 220-260 Tantal 1800-2600 Węgiel drzewny 8900 Wolfram 2329,6 Wosk 2500-2800 Złoto 1350 Żelazo czyste (α) 880-920 Żeliwo białe 1740 Żeliwo szare 7400 Wyznaczanie gęstości ciał stałych Gęstość w kg/m³ 2670 8933 2600-3200 1900-2600 10200 8400-8700 1150 8350-8900 8600-8850 8400-8700 1140 11300-11400 22600 11970 870-910 1550-1800 21450 1180-1200 2300-2500 870 12350 2260 1960 2067 860 980 10500 7500-7900 7860 7840 125 2400-2800 2900 920-940 16600 300-600 19100 950-980 19282 7875 7700 6800-7250 3 Tabela 2. Gęstość cieczy w temperaturze 22oC. Ciecz aceton alkohol etylowy alkohol metylowy benzen benzyna krew ludzka kwas azotowy kwas octowy kwas siarkowy kwas solny mleko nafta oliwa olej rycynowy rtęć woda Gęstość w kg/m³ 790 790 790 880 700 1050 1410 1050 1840 1190 1030 810 920 950 13546 999,8 Tabela 3. Gęstość gazów w temperaturze 20oC. Gaz acetylen amoniak argon azot butan chlor chlorowodór deuter dwutlenek azotu dwutlenek siarki dwutlenek węgla etan fluor hel jodowodór ksenon metan powietrze propan siarkowodór sześciofluorek siarki tlen tlenek węgla wodór Wyznaczanie gęstości ciał stałych Gęstość w kg/m³ 1,16 0,76 1,780 1,25 2,703 3,21 1,64 0,188 2,05 2,83 1,96 1,32 1,69 0,178 5,245 5,396 0,71 1,20 2,019 1,529 5,971 1,43 1,25 0,08989 4 2. Zadanie laboratoryjne Celem ćwiczenia laboratoryjnego jest wyznaczenie gęstości ciał stałych oraz zapoznanie się z podstawowymi narzędziami inżynierskimi (sposobem pomiaru orazniedokładnościami przyrządów). Przebieg pomiarów laboratoryjnych: 1. Zważyć dziesięciokrotnie przedmioty wskazane przez prowadzącego (kulka stalowa, prostopadłościan mosiężny, walec aluminiowy). 2. Zmierzyć dziesięciokrotnie, w różnych miejscach, wymiary charakterystyczne badanego przedmiotu. 3. Za pomocą menzurki z wodą jednokrotnie zmierzyć objętość badanych przedmiotów (objętość badanego przedmiotu równa jest objętości cieczy wypartej przez przedmiot). 4. Wykonane pomiary należy zanotować w odpowiednich tabelach. Przebieg obliczeń wartości mierzonych i błędów pomiarowych: 1. Na podstawie zmierzonych wymiarów charakterystycznych obliczyć objętości Vi oraz Vśr badanych przedmiotów. 2. Wyznaczyć dokładność pomiarową objętości za pomocą wzoru (6) oraz masy za pomocą wzoru (7). 3. Obliczyć gęstość ρi oraz ρśr badanych przedmiotów korzystając ze wzoru (1). 4. Wyznaczyć błąd względny gęstości badanych gęstości ze wzoru (5). Błąd względny gęstości: ∆ ∆ ∆ ś ś 100% (5) gdzie: ∆m – niepewność systematyczna (dokładność) pomiaru masy badanego przedmiotu, ∆V – dokładność pomiaru objętości obliczana ze wzoru (6). ∆ ∑ ś (6) gdzie: n – ilość pomiarów, Vi – wartość poszczególnych pomiarów objętości. ∆ Wyznaczanie gęstości ciał stałych ∑ ś (7) 5 Uwaga! W przypadku, gdy liczona dokładność pomiaru ∆x = 0 należy przyjąć, że błąd jest równy dokładności przyrządu pomiarowego (np. 1 mm dla linijki). Tabele pomiarowe: 1. Prostopadłościan 2a [m] h [m] Vi [m3] 2aśr [m] hśr [m] Vśr [m3] Vwoda[m3] ρi [kg/m3] ρśr [kg/m3] ρwoda [kg/m3] h [m] Vi [m3] rśr [m] hśr [m] Vśr [m3] Vwoda[m3] ρi [kg/m3] ρśr [kg/m3] ρwoda [kg/m3] 1 2 … 10 2. Walec r [m] 1 2 … 10 3. Walec r [m] Vi [m3] rśr [m] Vśr [m3] Vwoda[m3] ρi [kg/m3] ρśr [kg/m3] ρwoda [kg/m3] 1 2 … 10 Tabela obliczonych błędów: ∆m ∆V Wyznaczanie gęstości ciał stałych ∆ 6
