Versuch 1.1 Bestimmung der Dichte von Luft und von Festkörpern 1
Transcription
Versuch 1.1 Bestimmung der Dichte von Luft und von Festkörpern 1
2 Grundlagen 2.1 Fachbegriffe • Definition Dichte / Masse / Volumen / Druck / Kraft Versuch 1.1 Bestimmung der Dichte von Luft und von Festkörpern 1 • Archimedisches Prinzip / Hydrostatischer Druck • Gasgesetze / Temperaturabhängigkeit / Volumenausdehnung Geräte 2.2 • Analysenwaage Theorie Die Dichte ρ eines homogenen Körpers ist das Verhältnis seiner Masse m zu seinem Volumen V : m (1) ρ= V Die Bestimmung der Masse erfolgt durch Wägung. Die Volumenbestimmung erfolgt nach unterschiedlichen Methoden: • Hydrostatische Waage • 1 Satz Proben • Maßstab 1. Bei der Dichtebestimmung eines Gases (Luft) wird das Volumen durch Messung des Flüssigkeitsvolumens (Wasser) bestimmt, daß das Gas in einer Messglocke verdrängt. Für Gase, deren Temperatur erheblich über der Siedetemperatur der Flüssigkeit liegt, gilt die Zustandsgleichung für ideale Gase. • Gewichtssatz • Thermometer • Luftgewichtsmesser • Luftpumpe p·V = • Glasmessglocke m ·R·T MB (2) Hierbei bedeuten p der Druck, T die Temperatur, MB die Stoffmengenbezogene Masse des Gases und R die universelle Gaskonstante. Die Gasdichte ist daher temperatur- und druckabhängig. Die in dem Versuch be- • Glaszylinder • Bechergläser 1 stimmte Luftdichte wird auf die Normalbedingungen T = 273, 15K und p = 1013hP a umgerechnet. den berührt werden, um eine Erwärmung der eingeschlossenen Luft zu vermeiden. Die Messungen sind dreimal durchzuführen. Zur Umrechnung der Dichte auf 2. Das Volumen eines beliebig geformten festen Körpers kann mit Hilfe sei- Normalbedingungen müssen die Raumtemperatur und der Atmosphärendruck nes Auftriebs in einer Flüssigkeit bekannter Dichte (Wasser) bestimmt gemessen werden. werden. Die Auftriebskraft ist gleich der Gewichtskraft des verdrängten Flüssigkeitsvolumens und wird aus der Differenz der Gewichtskräfte des Körpers bei Wägung mit der hydrostatischen Waage in Luft und bei voll- 3.2 Bestimmung der Dichte von homogenen Festkörpern ständigem Eintauchen des Körpers in die Flüssigkeit ermittelt. Die Bestimmung der Dichte erfolgt durch Wägungen mit der hydrostatischen Waage. Schätzen Sie ab, welchen Fehler Sie machen, wenn Sie den Auftrieb des Körpers und der Gewichtsstücke in Luft nicht mit berücksichtigen. 3 Versuch Die Dichtebestimmung ist für 3 Körper je dreimal durchzuführen. Es sind Fehlerrechnungen durchzuführen. 3.1 Bestimmung der Dichte von Luft für Normalbedingungen Der Luftgewichtsmesser wird gewogen, nachdem durch öffnen des Ventils Gleichgewicht mit dem äusseren Luftdruck hergestellt wurde. Anschliessend wird mit ca. 8 Pumpenzyklen eine bestimmte Luftmasse eingefüllt und erneut gewogen. Die Bestimmung des Volumens erfolgt mit einer Messglocke in einem wassergefüllten Glaszylinder. Dazu füllt man den Standzylinder bei geöffneten Hähnen bis zur gewählten Nullmarke der Messglocke mit Wasser und verbindet die Messglocke durch einen Schlauch mit dem Luftgewichtsmesser. Der Hahn zur Aussenluft wird geschlossen und das Kugelventil des Luftgewichtsmessers wird geöffnet. Der Zylinder wird so weit abgesenkt, dass die Wasserstände in der Messglocke und dem Zylinder gleich hoch sind (Luftdruck). Nach dem Einstellen des Temperaturgleichgewichts (ca. 3min) und eventuellem Nachregeln des Flüssigkeitsstandes wird das Volumen abgelesen. Achtung: Während des Ablesens sollte die Messglocke nicht mit den Hän2