Определение плотности жидких тел методом пикнометра

Приднестровский Государственный Университет им. Т.Г. Шевченко

 

                                         Лаборатория физического практикума

 

 

Лабораторная работа №______

 

 

Тема:______________________________________________________________________

 

___________________________________________________________________________

 

Цель работы:________________________________________________________________

 

____________________________________________________________________________

 

 

                                                                                                 Выполнение лабораторной работы:

                                                                                                 дата______________________

                                                                                                   Подпись___________________

 

 

Работу выполнил                                                                     Работу проверил

студент Гр.___________                                                         доцент кафедры ОТФ

_____________________                                                          __Чебан В.Н._ ___________________

         Ф.И.О.                                                                                                                           

 

 

Тирасполь 2020 г.

 

Приднестровский Государственный Университет

имени Т. Г. Шевченко

 

 

Кафедра общей и теоретической физики

 

 

Лаборатория общего

 

физического практикума

 

 

Раздел: МЕХАНИКА

 

 

Лабораторная работа № 1.03

 

Тема: Определение плотности

Твердых и жидких тел

 

 

 

 

Тирасполь - 2020

Лабораторная работа № 1.03

Определение плотности твердых и жидких тел

Цель: определить плотность твердых и жидких тел при помощи пикнометра и методом гидростатического взвешивания.

Приборы и принадлежности: пикнометры, технические весы, разновесы, набор жидких и твердых тел.

Краткая теория

Плотностью тела называется физическая величина, равная отношению массы тела к его объему:

,                                         (1)

где m и V – соответственно масса и объем тела.

Выражение (1) справедливо лишь для однородных тел. В неоднородных телах плотность в разных точках объема различная. В этом случае выбирают малый объем ΔV , внутри которого тело можно считать однородным. Тогда

.

Т. о., чтобы определить плотность тела, нужно знать его массу и объем. Для нахождения плотности жидких веществ и твердых тел произвольной формы предлагаются два метода: при помощи пикнометра и метод гидростатического взвешивания.

Часть 1

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПЛОТНОСТИ ЖИДКИХ И ТВЕРДЫХ ТЕЛ ПРИ ПОМОЩИ ПИКНОМЕТРА

Пикнометр – стеклянный сосуд определенной емкости (50 – 100 мл). Метод определения плотности с его помощью является одним из наиболее точных и состоит в следующем:

Взвешивают пустой хорошо просушенный пикнометр. Затем его заполняют дистиллированной водой комнатной температуры и определяют вес. После чего вместо воды в пикнометр наливают исследуемую жидкость и вновь взвешивают.

Допустим, что пустой пикнометр, находящийся на левой чашке весов, уравновешен разновесами, находящимися на правой чашке весов. В таком случае на левую чашку весов действует сила равная весу пустого пикнометра в воздухе:

,

так как силы действуют по вертикали, то в проекции на вертикальную ось

.

На правую чашку весов действует сила, равная :

.                              (2)

В проекции на вертикальную ось

,

где  - вес воздуха, вытесненного разновесами (сила Архимеда), - объем разновесов с правой чашки весов, который может быть определен по формуле

,

где - плотность вещества из которого сделаны разновесы.

Тогда (2) примет вид

.

При условии равновесия весов можно записать

   или .                   (3)

Теперь, взвешивая пикнометр с дистиллированной водой, получим новое равновесие весов:

,            (4)

где - вес дистиллированной воды в вакууме; - вес вытесненного водой воздуха (сила Архимеда);  - плотность воды при комнатной температуре;  - плотность воздуха при комнатной температуре; V – объем воды; P ₂ – вес разновесов в вакууме.

Заменим воду жидкостью, плотность которой надо определить. Условия равновесия весов:

,              (5)

где  - вес исследуемой жидкости в вакууме;  - плотность исследуемой жидкости;  - вес разновесов в вакууме.

Вычитая из (4) формулу (3) имеем

                (6)

или

.                   (7)

Вычитая из (5) формулу (3) получаем

                 (8)

или

.                  (9)

При делении равенства (9) на равенство (7) получаем

.                                    (10)

Из (10) получаем выражение для определения плотности жидкости:

.                   (11)

Для удобства преобразуем формулу (11). Каждую из величин P ₁ , P ₂ , P ₃ в (11) можно представить в виде произведения соответствующей массы на ускорение силы тяжести g. Разделив на g получим

.                             (11´)

С помощью пикнометра можно определить плотность и твердых тел. Для этого взвешивается пустой пикнометр, затем взвешивается пикнометр с дистиллированной водой, а далее – исследуемое тело в воздухе, которое затем погружается в пикнометр.

Допустим, что в результате проделанных взвешиваний вес пустого пикнометра выразится равенством (3), вес пикнометра с дистиллированной водой равенством (4).

При взвешивании исследуемого тела в воздухе условие равновесия запишется следующим образом:

,                   (12)

где  - вес твердого тела в вакууме,  - вес вытесненного телом воздуха (сила Архимеда), - плотность твердого тела, - объем твердого тела, - вес разновесов в вакууме.

Теперь погрузим в пикнометр исследуемое тело и взвесим его, при этом вода в пикнометре должна подняться до метки. Условие равновесия примет вид

,       (13)

где - вес дистиллированной воды в вакууме, - вес твердого тела в вакууме, - сила Архимеда, действующая на пикнометр, - вес разновесов в вакууме.

Перепишем (13) в более удобном виде

.          (13´)

Вычтем из (13´) уравнение (4):

            (14)

Разделим выражение (14) на выражение (12):

                    (15)

Из (15) следует:

Таким образом плотность твердого тела будет определяться соотношением

                            (17)

С (17) проделаем те же преобразования, что и с формулой (11):

.                  (17´)

Ход работы

Определение плотности жидких тел методом пикнометра

1. Промывают пикнометр дистиллированной водой и тщательно просушивают его в сушильном шкафу, затем взвешивают (m ₁).

2. Наполняют пикнометр дистиллированной водой, взвешивают, находят массу пикнометра с водой (m ₂).

3. Выливают воду, просушивают пикнометр и ополаскивают его исследуемой жидкостью.

4. Наполняют пикнометр исследуемой жидкостью и взвешивают (m ₃).

5. Из таблиц, помещенных в конце лабораторной работы, берутся значения плотности воздуха  и плотности дистиллированной воды  при комнатной температуре.

6. По формуле (11´) вычисляется плотность исследуемой жидкости. Сравнивая полученные результаты с табличными значениями плотностей различных веществ, определяют вид жидкости.

7. Вычисляют абсолютные и относительные погрешности и обосновывают полученный результат. Все данные заносят в таблицу 1.

 

Таблица 1. Определение плотности жидких тел при помощи пикнометра

Исследуемая жидкость	Данные наблюдений					Результаты вычислений
	m1, кг	m2, кг	m3, кг	, кг/м3	, кг/м3	, кг/м3	, кг/м3	ε, %	ρсправ. кг/м3
1. 2. 3.
Ср. значение	Дата добавления: 2020-11-15; просмотров: 175; Мы поможем в написании вашей работы! Поделиться с друзьями: 123Следующая ⇒ Мы поможем в написании ваших работ! . . © 2014-2024 — Студопедия.Нет — Информационный студенческий ресурс. Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав (0.043)