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: 206; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!