Dichte_Viskositaet_2..

Musterprotokoll zum Thema:
Dichte, Auftrieb, Grenzflächenspannung, Viskosität
Autor: Dennis Göckel
1. Oberflächenspannung von Wasser und Netzmittellösungen
Der Ring mit Radius R wird mit dem in der Petrischale sich befindenden Wasser befeuchtet und
mit Hilfe der Torsionsschraube so eingestellt, dass auf der Skala zwischen den schwarzen
Balken kein heller Bereich mehr zu sehen ist. Anschließend wird der Tisch mit der Petrischale
hochgeschraubt, bis der Ring innerhalb des Wassers ist und auf der Skala wieder kein heller
Bereich zu sehen ist. Nun werden gleichzeitig der Tisch nach unten und die Torsionswaage im
Uhrzeigersinn gedreht, bis der Wasserfilm am Ring abreißt. Die zuletzt gemessene Kraft wird
notiert. Diese Messung wird 10-mal durchgeführt. Messergebnisse sind in Tabelle 1 und 2 zu
finden. Es sollte jedoch darauf geachtet werden, dass die Schrauben langsam gedreht werden
und dass der Arm der Torsionswaage immer zwischen den dunklen Bereichen bleibt. Bei
richtiger Durchführung sollten die Werte nicht groß schwanken.
a)
Messung
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
F/mN
7,9
8
7,9
7,8
8
8,1
8,1
8,2
8,2
8,1
Tab. 1: Messergebnisse mit normalem Wasser
Standardabweichung ΔF : ± 0,13 mN R = (0,0095±0,0001)m
Mittelwert F = 8,03 mN
𝐹
∆𝐹
𝐹 ∗ ∆𝑅
𝑁
±(
+
)
=
(0,0672
±
0,0017)
4𝜋𝑅
4𝜋𝑅 4𝜋𝑅 2
𝑚
b)
Messung
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
F/mN
4,4
4,4
4,3
4,4
4,4
4,4
4,5
4,4
4,4
4,5
Tab. 2: Messergebnisse mit Spüli-Wasser
Mittelwert F = 4,41 mN
mN
𝜎=
Standardabweichung Δ F: ± 0,06
R = (0,0096±0,0001)m
𝐹
∆𝐹
𝐹 ∗ ∆𝑅
𝑁
±(
+
)
=
(0,03656
±
0,00088)
4𝜋𝑅
4𝜋𝑅 4𝜋𝑅 2
𝑚
Fazit: Das Spüli-Wasser hat eine geringere Oberflächenspannung. Jedoch ist der ermittelte
Wert für das normale Wasser geringer als zu erwarten (Theoriewert bei 20°: σ=0,07275 N/m).
Dies ist bereits während des Versuches an der geringen, aufgewendeten Kraft aufgefallen. In
Rücksprache mit Peter wurde dies auf verunreinigtes Wasser zurückgeführt. Werte um die 8,7
mN sind seiner Erfahrung nach normal.
2. Dichtemessung über die Auftriebskraft
Die Masse m1 des Edelstahlkörpers (hier die Mutter) wird mit Hilfe der Waage bestimmt.
Anschließend wird der Körper in ein Becherglas mit Wasser gehängt. Es wird erneut die Masse
m2 bestimmt. Bei diesem Versuch ist in der Durchführung nur darauf zu achten, dass keine Luft
am Körper haftet. Sonst sind keine Schwierigkeiten zu erwarten.
T = 20°C
𝜌 = 𝜌𝐹𝑙 ∗
m1 = 18,08g m2 = 15,41g
ρFl = 0,99821gcm-3
Δm = 0,01g
𝑚1 ∗ 𝑔
𝑚2 ∗ 𝑔 ∗ ∆𝑚
𝑚1 ∗ 𝑔 ∗ ∆𝑚
± (𝜌𝐹𝑙 ∗ (
) + 𝜌𝐹𝑙 ∗
)
2
(𝑚1 ∗ 𝑔 − 𝑚2 ∗ 𝑔)
(𝑚2 ∗ 𝑔 − 𝑚1 ∗ 𝑔)2
𝑚1 ∗ 𝑔 − 𝑚2 ∗ 𝑔
𝜌 = (6,7594 ± 0,0042)
𝑔
𝑐𝑚3
Das Ergebnis liegt inklusive Fehler leicht unterhalb des theoretischen Wertes. Da dieser jedoch
im Anhang als schwankender Wert angegeben ist, bringt dieser Versuch sinnvolle Ergebnisse
hervor.
Herleitung von ρ = 𝜌𝐹𝑙 ∗ 𝐺
𝐺1
1 −𝐺2
𝐺1 = 𝑚 ∗ 𝑔
(1)
(2)
𝐺2 = 𝑚 ∗ 𝑔 ∗ (1 −
𝜌𝐹𝑙
𝜌
) <=> 𝑚 ∗ 𝑔 =
𝐺2
𝜌
1− 𝐹𝑙
(Skript Formel 2.9)
𝜌
(2) 𝑖𝑛 (1) 𝑒𝑖𝑛𝑠𝑒𝑡𝑧𝑡𝑒𝑛.
(3)
𝐺1 =
𝐺2
𝜌
1− 𝐹𝑙
𝜌
<=> 𝜌 = 𝜌𝐹𝑙 ∗ 𝐺
𝐺1
1 −𝐺2
3. Sedimentation im Dichtegradienten
a)
Die Zentrifuge wurde auf Stufe 1 gestellt, damit diese langsam beschleunigen konnte. Nicht
schnell auf Stufe 2 stellen, da sonst die Zentrifuge anfängt auszuschlagen. Nun pro Stufe das
Stroboskop beginnend mit der hohen Frequenz langsam runterdrehen bis man ein stehendes
Bild des Innenraums der Zentrifuge hat und nur 1 Markierung zu sehen ist. Diese Frequenzen
und Umdrehungen pro Minute wurden notiert. Der Radius vom Mittelpunkt zum oberen Ende
des Zentrifugenglases beträgt 20,25mm. Vom Mittelpunkt bis zum Boden des Glases beträgt
der Radius 110,35mm.


Stufe 1: 1725 U/min. / 28 Hz
Stufe 2: 2375 U/min. / 39,5 Hz
Stufe 3: 3125 U/min. / 52 Hz
Stufe 4: 3904 U/min. / 65 Hz
Hohe Frequenz, da so nicht die Möglichkeit der halben oder drittel Frequenz der
Zentrifuge besteht.

Anzahl der zu sehenden Markierungen. f/2: 2 Markierungen, f/3: 4 Markierungen.

ω = 2πf
Stufe 1: 175,93 rad/s
Stufe 2: 248,19 rad/s
Stufe 3: 326,73 rad/s
Stufe 4: 408,41 rad/s

a = r * ω2
Boden:
Stufe 1: 3,4*103 m/s²
Stufe 2: 6,8*103 m/s²
Stufe 3: 11,7*103 m/s²
Stufe 4: 18,3*103 m/s²
Oberer Teil:
Stufe 1: 619 m/s²
Stufe 2: 1,2*103 m/s²
Stufe 3: 2,1*103 m/s²
Stufe 4: 3,3*103 m/s²

Faktoren
x=a/g
Boden:
Stufe 1: 378
Stufe 2: 756
Stufe 3: 1300
Stufe 4: 2033
Oberer Teil:
Stufe 1: 69
Stufe 2: 133
Stufe 3: 233
Stufe 4: 367
b)
Für diesen Versuch wurden 5 Schichten im Zentrifugenglas hergestellt. Bei sorgfältiger Arbeit
ist dies in kurzer Zeit machbar und die 5 Schichten sind gut zu sehen. Wichtig: Der Tropfen am
Auslass des Gradientenformers muss nach jeder Schicht entfernt werden, da er sonst in die
bereits eingefüllten Schichten eindringt. Leider war noch keine Hefe zur Versuchsdurchführung
vorhanden. Daher sind keine Aussagen zum Verlauf der Sedimentation möglich. Jedoch war
gut zu erkennen, dass die Schichten nach der Zentrifuge immer noch intakt waren. Peter zufolge
soll die Hefe oberhalb des reinen Glycerins sich absetzten.
4. Viskosität von Glycerin – Wasser – Mischungen
Nach Korrektur des Mischungskreuzes wurden eine Mischung mit 70% (70 Teile Glycerin, 28
Teile dest. Wasser) und eine mit 82% (82 Teile Glycerin, 16 Teile dest. Wasser) Glycerin aus
der urprünglich 98% Glycerin-Mischung hergestellt. Bei diesem Versuch sind keine
Besonderheiten in der Durchführung hervorzuheben.
Auswertungen ohne Hagenbach-Korrektur. Daher: 𝜈 = 𝐾𝜈 ∗ 𝑡 ± 𝐾𝜈 ∗ ∆𝑡
Δt = 0,22s
Breites Viskosimeter: K = 0,9676 mm²/s²
t = 84,10s
ν = (81,38 ± 0,21) mm²/s
82%-ige Mischung im gelb markierten Viskosimeter
Enges Viskosimeter: K = 0,1031 mm²/s²
t = 195,45s
ν = (20,15 ± 0,02) mm²/s
70%-ige Mischung im grün markierten Viskosimeter
added in proof: nach Dow-Tabelle ergeben die
Messwerte Mischungsverhältnisse von 84% bzw. 71%
bei T=20°.
GG

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