Leitfähigkeitsmessungen - Physikalisches Projektpraktikum

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<strong>Leitfähigkeitsmessungen</strong> 16 abwichen. Weiterhin wichen wir vom geplanten Ablauf ab, als wir feststellten, dass Zucker sich nicht wahrnehmbar in Alkohol löst. Dadurch sind manche Messreihen leider zu einzelnen Messungen geschrumpft. Anstatt die Messungen ungeachtet von den Problemen mit Zucker weiter nach Plan durchzuführen maßen wir daraufhin die Leitfähigkeit zusätzlicher Salze. Hier lief der Versuch nicht unseren Erwartungen entsprechend, allerdings waren die zusätzlichen Messungen mit Salzlösungen später nützlich, um die Spannungsabhängigkeit der spezifischen Leitfähigkeit zu untersuchen. Auch reagierten wir teilweise nicht entsprechend auf auftretende Probleme. Wir fanden zwar eine genauere Waage, was die Genauigkeit bei der Herstellung der Lösungen stark erhöhte; als wir jedoch später auf ein weiteres Problem stießen ignorierten wir dieses schlichtweg. Die elektrochemischen Reaktionen an den Elektroden hinterließen Oxidationsschichten auf ihnen, welche den Widerstand der Messanordnung vergrößerten. Auf Geheiß unseres Tutors maßen wir weiterhin mit diesen Elektroden, untersuchten jedoch nicht den Einfluss der Oxidationsschichten auf den Widerstand der Anordnung. Dies hätte uns ggf. erlaubt, Aussagen über dessen Relevanz im Bezug auf unsere Messungen zu machen, wäre jedoch durch die zeitlich veränderliche Dicke der Schicht erneut schwierig geworden. Laut unserem Tutor sollte dieser Einfluss verglichen mit unseren Messwerten von geringer Größe sein. Die Oxidation der Elektroden hätten wir mit Wechsel- statt gleichspannung verhindern können. Diese war aber nötig, um die Abhängigkeit der Leitfähigkeit von der Spannung beobachten zu können. 4.2.2 in den Messwerten Die Messungenauigkeit der Multimeter beträgt bei der Strommessung jeweils 3%, bei der Spannungsmessung 0,05% des gemessenen Wertes. Den Einfluss der elektrochemischen Reaktionen an den Elektroden auf die Leitfähigkeit haben wir nicht untersucht, da dies weitere Recherchen zu den je nach Salz stattfindenden Reaktionen erfodert hätte, was unserer Ansicht nach über unseren Versuchsrahmen hinausging. Wir hofften, das es sich ledigleich um eine innerhalb einer Messreihe gleichbleibende Veschiebung der Leitfähigkeit in eine Richtung handelte. Als Messungenauigkeit bei der Abmessung der Ausmaße des Gefäßes nahmen wir einen halben Millimeter an(Δb = Δ l = 0.5 mm); bei den Strom- und Spannungswerten setzen wir die Abweichung mit ΔI = 1 µA bzw. ΔU = 0.01 V an. Für die Abweichung bei der Messung der Füllhöhe nahmen wir einen Millimeter an(Δh = 1mm). ⎛ ∂( l ⋅ I / U ⋅ h ⋅b) ⎞ Δ ρ = ± ∑⎜ ⋅ Δxi ⎟ i ⎝ ∂xi ⎠ Formel 2 Wenn man Durchschnittswerte der in unseren Messungen vorkommenden Variablen nimmt ( Füllhöhe 1.4 cm, Spannung 10 V, Strom 20 mA ) dann ergibt sich für ρ ein durchschnittlicher Messfehler von Δρ = + 0.072 µS/cm. Die Ergebnisse dieser verglichen wir mit Literaturwerten und konnten daraus Rückschlüsse auf die Größe der Störeinflüsse ziehen. Im weiteren Verlauf der Messungen diente uns die Leitfähigkeit des reinen Lösungsmittels als Nullwert. 2
5. Zusammenfassung <strong>Leitfähigkeitsmessungen</strong> 17 Was die Ermittelung des Einflusses von Zucker auf die Leitfähigkeit von Alkohol betrifft haben wir unser Ziel nicht ganz befriedigend erreicht, da sich Zucker nicht nennenswert in Alkohol löst, was anhand der chemischen Beschaffenheiten dieser beiden Substanzen klar wird. Andernseits haben wir durch die Messungen erfahren, dass sich die Leitfähigkeit des jeweils betrachteten Alkan(ol)s mit zunehmender Zuckerkonzentration geringfügig erhöhte. Auch bei Salzlösungen in Wasser konnten wir dieses Phänomen beobachten und hier sogar aufklären. Ein Problem im Versuch bestand darin, dass wir nicht zweifelsfrei klären können, woher dieser zwar geringfügige aber dennoch stetige Anstieg der Leitfähigkeit bei Zucker- Alkohol-Lösungen stammt. Der Zucker könnte zum Beispiel fremdteilchen enthalten haben. Bei den Recherchen zum Verhalten von Zuckerlösungen unter Spannung stießen wir auf das Feld der „Elektrochemie organischer Verbindungen, auf welchem wir nicht weiter nachforschten. Wir ließen also die Möglichkeit ausser Acht, dass Zucker und Alkohol unter Spannung reagieren könnten ( Einmal sank der Stromfluss nach Zugabe von Zucker, was man naiv als Anzeichen einer endothermen Reaktion deuten könnte ). Dazu entschieden wir uns, weil wir den Einfluss von Zucker auf die Leitfähigkeit von Alkan(ol)en auch ohne die genaue Kenntnis der Vorgänge in der Lösung ermitteln konnten. Mit ausgiebigeren Messungen hätten wir die Qualität unserer Messwerte deutlich erhöhen können. Hier setzte uns der Zeitrahmen eine Grenze. 6. Anhang: Diagramme Für die Abhängigkeit des spezifischen Widestandes ( als Kehrwert der spezifischen Leitfähigkeit ) von der Konzentration des gelösten Stoffes haben wir eine umgekehrte Proportionalität angenommen. Formel 3 Wobei k die Konzentration ist. Die konstante a im Fit deckt die restlichen Parameter ab, die „Offset - “ Konstante b steht für den Widerstand bei gesättigter Lösung. Bei Spannungsvariationen sollte der spezifische Widerstand idealer Weise konstant bleiben, wäre also mit einer Geraden anzugeben. Es wurde in 4.1.1.1 besprochen, dass und warum dem in realiter nicht so ist; in den Diagrammen „Spezifischer Widerstand gegen Spannung“ ist dieser Sachverhalt gut nachvollziehbar dargestellt.
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