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