Dichte Physikalisches Praktikum M1-1 Ziel: Methoden ... - hknoll.ch

ChurDichtePhysikalischesPraktikumM1-1Ziel:Es soll mit verschiedenen Methoden die Dichte von Stoffen bestimmt werden. Die Methoden sollen bezüglich ihrerGenauigkeit bewertet werden.Methoden:A: Dichte von festen Stoffen1. aus Masse und Volumen2. mit der hydrostatischen Waage/Jollysche FederwaageB: Dichte von FlüssigkeitenRelative Dichte von Flüssigkeiten mit der Mohrschen WaageC: Dichte von GasenLuftdichteErläuterungen:Zu beachten sind die zur Dichte ähnlichen Grössen wie das spezifische Gewicht (Wichte).Zur Vorbereitung gehört der Überblick über die verschiedenen Methoden der Dichtebestimmung. Im Praktikumwird eine Versuchsgruppe A, B oder C durchgeführt.Wahl:Theorie:Masse, Gewicht, Kraft, Länge, Fläche, Volumen, Dichte, Wichte, Stoff-Körper, Eigenschaften von Stoffen,Aggregatszustände, Auftrieb in Flüssigkeiten, Hooke'sches Gesetz.Literatur:Physikalisches Praktikum: Walcher S. 49 ff.; Westphal S. 26 ff.Geräte:Laborwaage (Mettler/Steinegger)MesszylinderSchieblehreMikrometerschraubeJollysche Federwaage- Stativ hoch mit Skala- Halter für Schraubenfeder- Tablar mit Tragebalken zur Befestigungam Stativ- Schraubenfeder- Becherglas klein- verschiedene Probekörper- geeichte Gewichtstücke zur Bestimmungder Federkonstante- Mohrsche Waage: verpackt in blauem Koffer- Probeflüssigkeiten (Alkohol, Glyzerin,Wasser)- Glaskolben für die Luftdichte (mit Korkring- VakuumpumpeName: ........................................................... Klasse: Tc 3/4 Datum: .................................Beurteilung:Auswertung ..................................Genauigkeit ..................................Fehlerrechnung/Fehlerdiskussion ..................................Protokollführung ..................................Summe ..................................Copyrigt (C) 1990 - 1999 by H. Knoll 13.1.2000

ChurDichtePhysikalischesPraktikumM1-2Grundlagen:Die Dichte ρ eines Stoffes wird aus Masse und Volumen eines homogenen Körpers bestimmt, der aus diesem Stoffbesteht. Die Dichte ist definiert als das Verhältnis von Masse m und Volumen V:(1) ρ = m VDurch Messen der Masse und des Volumens eines homogenen Körpers kann somit die Dichte bestimmt werden.Andererseits gibt es indirekte Verfahren, so z.B. die Dichtebestimmung mit der Auftriebswaage. Dabei wird einmaldie Masse (das Gewicht) des Festkörpers in Luft, das andere Mal die Masse (das Gewicht) bei Eintauchen desFestkörpers in Flüssigkeit bestimmt. Bei der zweiten Messung ist der Messwert um den Auftriebswert vermindert.(2) F A = ρ Fl Vg (F A = Auftrieb, ρ Fl = Dichte der Flüssigkeit)Andererseits gilt für den Auftrieb F A :(3) F A = G - G Fl = ρVg - ρ Fl Vg = (ρ - ρ Fl )Vg(G Fl = Gewicht des Körpers in Flüssigkeit eingetaucht)Aus den Gleichungen (1), (2) und (3) kann V eliminiert werden und man erhält für die Dichte des festen Stoffes:G(4) ρ = G - G Flρ Fl oder gekürzt durch g: ρ =Messmethoden und Messgeräte:Masse und Gewicht:mm - m Flρ FlMit der elektronischen Waage von Steinegger können Massen bis 3200 g gemessen auf 0,1g, mit der Waage vonMettler bis 4100g auf 0,1 bzw. im DeltaRange-Bereich von 800 g auf 0,01 g genau gemessen werden. Bei derBestimmung von Masse und Gewicht von Körpern mit sehr kleiner Dichte ist eventuell der Auftrieb in Luft zuberücksichtigen.Volumsmessung:Die Volumsmessung mit Überlaufgefäss und Messzylinder ist nur so genau, als der Messzylinder seineAblesegenauigkeit hat. Andererseits kann das Volumen eines regelmässigen Körpers durch Längenmessung undBerechnung ermittelt werden. Mit Schieblehre oder Mikrometerschraube kann man eine bessere Genauigkeiterzielen. Beim Ablesen am Messzylinder ist auf Meniskusfehler und Parallaxenfehler zu achten.Durchführung des Experiments:A: Dichte von festen Stoffen1. Dichte fester Stoffe aus Masse und VolumenAus Masse und Volumen soll die Dichte eines Stoffes bestimmt werden.2. Jollysche FederwaageIn einem Vorversuch wird die Federkonstante der Schraubenfeder bestimmt. Durch Anhängen von geeichtenMassestücken kann eine Federverlängerung bewirkt werden, welche dann gemessen wird. (Hookesches Gesetz: F =D•s)Nun wird der Probekörper an die Feder gehängt und die Auslenkung gemessen. Von unten her wird jetzt das mitFlüssigkeit bekannter Dichte gefüllte Becherglas nach oben geschoben, bis der Probekörper vollständig eintaucht.Jetzt bewirkt der Auftrieb in der Flüssigkeit eine Verkleinerung der Federdehnung. Dieser Wert der Federdehnungwird ebenfalls gemessen.3. Genaue DichtebestimmungVersuch 2 kann verbessert werden. Es ist dabei an den Einsatz besserer Messmittel gedacht, wobei die Grundideeerhalten bleiben soll. Machen Sie einen Vorschlag zur Verbesserung der Genauigkeit und erheben Sie eineMessserie. (Ziel: max. 1% Abweichung)Copyright (C) 1990 - 1999 by H: Knoll 13.1.2000

ChurDichtePhysikalischesPraktikumM1-3B: Relative Dichte von Flüssigkeiten/Mohrsche WaageAn der Mohrschen Waage wird ein Schwimmer aus Glas angehängt, der bei Eintauchen in verschiedeneFlüssigkeiten jeweils einen verschiedenen Auftrieb erfährt. Ist die Dichte einer Flüssigkeit bekannt, kann man dieDichte der anderen bestimmen.R Reiter; K Auftriebskörper (mit Thermometer), G gGegengewichtDer Glaskörper erfährt in den verschiedenen Flüssigkeiten den Auftrieb F A1 = ρ 1 Vg bzw. F A2 = ρ 2 Vg. Somit ist dasVerhältnis der Dichten gleich dem Verhältnis der Auftriebswerte. Zum Austarieren der Waage werden die Reiter anden Kerbstellen aufgelegt. Die Reiter sind so gebaut, dass man an derselben Stelle auch mehrere Reiter anhängenkann. Um die verschiedenen Abstände vom Drehpunkt zu berücksichtigen, wird jeweils das Gesamtdrehmoment,welches durch die Reiter erzeugt wird, berechnet. In Luft erhält man den Wert M 0 , bei eintauchen in dieFlüssigkeiten die Werte M 1 und M 2 . Für den Auftrieb in der Flüssigkeit ist M 1 - M 0 bzw. M 2 - M 0 ein Mass. Da esnur auf den Quotienten ankommt, spielt die Masseinheit dieser Drehmomentswerte keine Rolle. So kann man dieDichte der unbekannten Flüssigkeit mit folgender Gleichung berechnen:(5)ρ 1ρ 2= M 1 - M 0M 2 - M 0Wiederholen Sie die Messung mehrere Male mit der vom Praktikumsleiter angegebenen Probeflüssigkeit. AlsReferenzflüssigkeit kann Wasser verwendet werden. Achtung: Geben Sie bei jeder Messung die Temperatur an!.C: LuftdichteGrundsätzlich soll die Dichte aus Masse und Volumenbestimmt werden. Der Glaskolben mit zweiÖffnungen ist mit Luft gefüllt. Bestimmen Sie dieMasse (m GL ). Nun wird der Kolben evakuiert (etwasLuft bleibt immer im Kolben!) und die Masse wirdneuerlich gemessen (m G ). Als Differenz ergibt sich dieMasse der herausgepumpten Luft.Anschliessend lässt man Wasser in den evakuiertenGlaskolben eindringen. Es wird soviel Wassereindringen als Luft bei gegebenem Luftdruckherausgepumpt worden war. Eine Messung der Masse(m GW ) ermöglicht die Bestimmung des Volumens derevakuierten Luft (V L = V W ). Jetzt kann die Dichteberechnet werden. (Genauigkeit 1%)Achtung: Beim Abpumpen von Wasserdampf muss die Vakuumpumpe warmgelaufen sein. Ausserdem ist dasGasballastventil einzuschalten (Stellung 1).Copyright (C) 1990 - 1999 by H: Knoll 13.1.2000