Лабораторна робота № 9 визначення густини твердих тіл і рідин

Мета роботи:

вивчення різних методів вивчення густини речовини.

Прилади та матеріали:

1. Технічні (аналітичні) терези з набором важків;

2. Посудина з дистильованою водою;

3. Пікнометр;

4. Досліджувані тверді тіла неправильної форми;

5. Термометр;

6. Фільтрувальний папір;

7. Сушильна шафа.

І. Визначення густини твердих тіл методом гідростатичного зважування

Короткі теоретичні відомості

Густина однорідної речовини – фізична величина, що вимірюється відношенням маси тіла до його об`єму. Густина неоднорідної речовини – фізична величина, що вимірюється границею відношення маси тіла до його об`єму при умові нескінченого зменшування останнього:

У випадку твердого тіла неправильної геометричної форми густину визначають за допомогою методу гідростатичного зважу­вання. Цей метод оснований на законі Архімеда, згідно якого занурене в рідину (газ) тіло "втрачає" в своїй вазі стільки, скільки важить рідина (газ), що витісняється тілом:

,

де ρ_Р ­ густина рідини;

V ‑ об`єм рідини, що витісняється тілом при повному зануренні, рівний об`єму тіла.

"Втрату" ваги тіла можна визначити зважуванням тіла в повітрі Р₁, а потім ‑ в рідині Р₂. Різниця одержаних результатів і буде визначати "втрату" ваги тіла в рідині:

ΔP = P₁ – P₂

Тоді

ρ_PVg = (m₁–m₂)g

Звідки

Густина тіла визначається:

При визначенні густини твердих тіл (дерево, корка та ін.) розрахунок потрібно проводити згідно формули:

,

де ρ_П ‑ густина повітря.

Розрахункова формула:

Методика виконання роботи

1. Зважити досліджуване тіло на терезах в повітрі, підвішавши його до лівої шальки з укороченим підвісом.

2. Занурити повністю досліджуване тіло в дистильовану воду і знову провести зважування.

3. Виміряти кімнатну температуру і за довідковою таблицею знайти густину води і повітря при цій температурі.

4. Дослід повторити тричі. Результати вимірювань, табличні значення занести в звітну таблицю.

5. За розрахунковою формою підрахувати густину досліджуваного тіла і порівняти одержаний результат з табличним значенням.

6. Обчислити похибку результату.

Іі. Визначення густини рідини за допомогою пікнометра

Короткі теоретичні відомості та опис приладу

Експериментальний метод визначення густини речовини за допомогою пікнометра один з найточніших. Цей метод застосовують для визначення густини як рідин, так і твердих тіл.

Пікнометр – це скляна посудина певного об`єму. Форма пікнометра може бути різною. Найбільш поширені пікнометри у вигляді невеликої колби з витягнутою вузькою шийкою, на який нанесено риску, що фіксує об`єм пікнометра. Шийку закривають скляною, добре притертою пробкою. Риска показує, скільки рідини потрібно наливати в пікнометр, щоб вона займала зазначений на пікнометрі об`єм. Пікнометр і рідина повинні мати однакову температуру, рівну кімнатній температурі.

Нехай маса порожнього пікнометра m₁, а маса пікнометра з дистильованою водою m₂, тоді об'єм води в пікнометрі визначається:

,

де ρ_В ‑ густина води при кімнатній температурі.

Після наповнення пікнометра досліджуваною рідиною до тієї ж риски на його шийці знову проводять зважування.

Нехай маса пікнометра з досліджуваною рідиною того ж об`єму m₃. Тоді густина досліджуваної рідини:

Так як зважування поводиться в повітрі, то необхідно ввести в розрахунок формулу поправку на "втрату" ваги тіла в повітрі, що викликане дією сили Архімеда. Тоді густина досліджуваної і еталонної рідини (дистильована вода) з врахуванням цієї поправки, будуть відповідно рівні:

ρ – ρ_П і ρ_В – ρ_П,

де ρ_П ‑ густина повітря.

Розрахункова формула:

методика виконання роботи

1. Зважити порожній пікнометр на технічних терезах.

2. Наповнити пікнометр до риски дистильованою водою і основу провести зважування.

3. Вилити воду з пікнометра, висушити його, наповнити дослід­жуваною рідиною, зважити.

4. Вимірювання провести тричі і записати результати у звітну таблицю.

5. За допомогою розрахункової формули обчислити густину досліджуваної рідини. Густину води і повітря взяти з таблиць.

6. Одержаний результат порівняти з табличним значенням та обчислити абсолютну та відносну похибку вимірювання.

Контрольні запитання

1. Що називається густиною речовини? В яких одиницях вона вимірюється і від чого залежить?

2. В чому полягає суть методу гідростатичного зважування?

3. Сформулювати закон Архімеда.

4. Від чого залежить Архімедова сила? Чим вона зумовлюється?

5. В чому полягає суть пікнометричного методу визначення густини речовини?

6. Як визначають густину рідини за допомогою ареометра?

7. Вивести робочу формулу.