علوم پایه دانشگاه ازاد قم واحد پردیسان

عنوان آزمایش: تجزیه کیفی                                         تاریخ انجام آزمایش :29/1/1388

هدف از انجام آزمایش: تعیین نقطه ذوب

مقدمه:

به ابتکار «پروفسور رونالد بلچر» که به نارساییهای متعدد سیستم‌های تجزیه کیفی معدنی موجود پی برده و تصمیم به اصلاح این سیستم‌ها از طریق تحقیقات تجربی و به بحث گذاشتن موضوع در یک (موسسه تجزیه کیفی میدلندز) تأسیس شد.هدف یک تجزیه شیمیایی، فراهم آوردن اطلاعاتی درباره ترکیب نمونه‌ای از یک ماده‌است. در بعضی موارد اطلاعات کیفی در مورد حضور یا عدم حضور یک یا چند جزء در نمونه کافی است. در مواردی دیگر، اطلاعات کمی مورد نظر است. بدون در نظر گرفتن هدف نهایی، اطلاعات مورد نیاز در انتها، توسط اندازه‌ گیری یکی از خواص فیزیکی بدست می‌آیند که این خاصیت بطور مشخص به جزء یا اجزاء سازنده مورد نظر مربوط است .

 تعیین نقطه ذوب ( melting point)

 نقطه ذوب دمایی است که جامد به مایع تبدیل و یا دمایی که در ان فشار بخار مایع و جامد برابرند زمانیکه یک جامد در اثر حرارت ذوب میگردد با پدیدارشدن مایع بین مایع و جامد تعادل برقرار می گردد و ادامه گرما باعث تبدیل جامد به مایع می گردد. معمولا ماده الی خالص دارای نقطه ذوب معین و بسیار سریع می باشد.

وجود مقدار کم ناخالصی نقطه ذوب را تغییر می دهد لذا داشتن نقطه ذوب جسم خالص ونتیجه حاصله از یک ازمایش خلوص جسم را تعیین می کند . در این مورد استسنائاتی هم وجود دارد.

 روش میکرو

یک لوله موئین به طول 7 – 5 سانتی متر برداشته یک دهانه ان را با استفاده از شعله مسدود کنید.

نمونه جامد مورد نظر را کاملا پودر کرده و وارد لوله موئین کنید .

لوله موئین را طوری به ترمومتر متصل نمایید که انتهای لوله و ترمومتر هم سطح باشند . این کار را به کمک سیم یا حلقه نازک و کوچک لاستیکی انجام دهید ولی نباید در حمام قرار گیرد.

ترمومتر اماده شده را به کمک گیره و پایه طوری به حالت اویزان درون حمام قرار دهید که مخزن ترمومتر و ماده جامد درون مایع قرار گیرند .( مایع حمام معمولا از پارافین – گلی کول – گلیسیرین – اسید سولفوریک غلیظ که نقطه جوش بالایی دارند استفاده میشود) .

 سپس حمام را به ارامی حرارت دهید به طوری که ماکزیمم هر یک دقیقه دو درجه سانتیگراد بالا رود.

دمای شروع نقطه ذوب و دمایی که در ان اخرین قسمت جامد دوب میگردد را یاداشت کنید. تفاضل این دو عدد را در اصطلاح دامنه ذوب می گویند.

روش ماکرو:

دمای ذوب را می توان به روش ماکرو بدست اورد و ملاحظه نمود که در طول ذوب دما ثابت است انواع دستگاههای ساده الکتریکی برای تعیین نقطه ذوب ترکیبات الی به روش ماکرو وجود دارد.

مقدار کمی از نمونه پودر شده را در روی یک شیشه ساعت کوچک بگذارید، یک طرف لوله مویین را با شعله ببندید و چند بار نوک باز لوله مویین را آهسته به داخل جسم جامد بزنید. با برگرداندن لوله و با زدن سریع انتهای بسته لوله بر روی یک سطح محکم میتوان جسم جامد را به طرف انتهای بسته لوله هدایت کرد. جسم باید در لوله متراکم شود. بهترین راه انجام این کار آن است که در خاتمه لوله مویین را از درون یک قطعه لوله شیشه ای بزرگتر که تقریبا به طول 60 سانتیمتر باشد، بر روی سطح محکمی رها کنید. نمونه باید به اندازه ای باشد که پس از عمل تراکم لوله مویین را تا عمق  چند میلی متر پر کند. این مقدار نباید بیشتر باشد. لوله مویین را به وسیله یک بند لاستیکی کوچک به گرماسنج متصل کنید. خود نمونه باید در مجاورت حباب گرماسنج باشد و بند لاستیکی در بالا ترین جا تا از سطح مایع داغ دور باشد. سپس گرماسنج را به کمک چوب پنبه سوراخداری که یک طرف آن بریده شده در داخل گرمکن قرار دهید. منظور از این بریدگی آن است که درجات گرماسنج در آن حدود آشکار شوند و همچنین دستگاه یک سیستم باز باشد.

 (احتیاط: هرگز نباید یک سیستم بسته را حرارت داد.) با استفاده از حرارت یک چراغ کوچک بونزن به آرامی درجه حرارت مایعی را که باید گرم شود بالا ببرید (حدود 2 درجه در دقیقه) درجه ای را که ابتدا عمل ذوب مشاهده میشود و همچنین درجه ای را که در آن آخرین قسمت جامد ذوب میشود را یادداشت کنید

نتیجه گیری

دامنه ذوب ترکیبات خالص معمولا 2 – 0.5 درجه سانتیگراد است.

 نام آزمايش :

         سقوط آزاد

هدف از آزمايش :

         مطالعه سقوط آزاد و محاسبه شتاب جاذبه زمين

شرح وسايل :

    پايه ميله وگيره ، زمان سنج الكتريكي ، حلقه با تور ، سيم پيچ مغناطيسي وگلوله وسيم هاي رابط

تئوري آزمايش :

         طبق قوانين نيوتن شتاب جاذبه زمين  است كه مقدار آن برابر است با 83217/9 واگر جسمي را از ارتفاع  از سطح زمين رها كنيم  پس از مدت  به زمين مي رسد پس  كه ما هدفمان اثبات همين است .

شرح آزمايش :

1) دستگاه سقوط آزاد را آماده مي كنيم ( كليد قطع روي محل برخورد گلوله است )

2) گلوله را در محل سقوط قرار مي دهيم و رها مي كنيم .زمان سنج بصورت خودكار شروع به كار مي كند و با برخورد مي ايستد .

3) فاصله سقوط و زمان را اندازه مي گيريم و شتاب جاذبه و خطاي آن را بدست مي آوريم .

نمودار نيز رسم شده و ضميمه گزارش است .

 خطا و عوامل آن :

    خطاهاي اين آزمايش  محيطي و شخصي است و مقدار كمي هم از وسيله ها .

البته فرمول براي آزمايش در ارتفاع هاي زياد درست است ودر ارتفاع هاي اندازه گيري شده تقريبي است ضمنا بايد به خطاهاي محيطي و اثر آن ها در نتايج دقت كرد چون تا حدود زيادي خطاها محيطي هستند مثلا مقاومت هوا وامثال آن را درمحاسبات آزمايش وارد نكرده  ايم اگر بتوان اين خطاها را برطرف كرد دقيقا به نتايج نيوتن دست ميابيم كه البته تا كنون نتايج ما نزديك به نتايج اوست پس با توجه به خطاها مي توان فهميد كه فرمول نيوتن درست و عدد g = 9.8   صحت دارد .

نام آزمايش :

         اندازه گيري ضريب اصطكاك ايستايي روي سطح افقي و شيب دار

هدف از آزمايش  :

         اندازه گيري ضريب اصطكاك ايستايي

شرح وسايل :

         سطح شيب دار متحرك با نقاله ، ترازو ، جعبه وزنه ، كفه ، جسم آزمون ، نيروسنج وقرقره.

تئوري آزمايش :

         هرگاه جسمي به جرم  را بر روي يك سطح شيب دار قرار دهيم از طرف سطح نيروي عمودي  بر جسم وارد مي شود اگر بخواهيم جسم را بر روي يك سطح به حركت در بياوريم از طرف سطح يك نيروي موازي سطح ودر جهت مخالف با حركت جسم به آن وارد مي شود كه به آن نيروي اصطكاك لغزشي مي گوئيم ولي اگر نيروي افقي  را به جسم وارد كنيم اما جسم حركت نكند طبق قانون دوم نيوتن به آن جسم نيروي خلاف نيرمي اول وارد مي شود اين نيرو نيروي اصطكاك ايستايي نام دارد كه در نامساوي   صدق مي كند كه  بدون واحد مي باشد وضريب اصطكاك ايستايي نام دارد .

شرح آزمايش :

1) سطح شيب دار را تميز مي كنيم و آن را به وسيله تراز در حالت افقي قرار مي دهيم .

2)  جسم آزمون را تميز مي كنيم و جرم آن را با سرباره اي دلخواه كه روي آن قرار دارد با ترازو اندازه گيري مي كنيم .

3)  جسم آزمون همراه با سرباره اش را روي سطح افقي قرار مي دهيم و آن را به وسيله نخ وقرقره به كفه وصل مي كنيم .

4)  آن قدر به كفه وزنه اضافه مي كنيم تا جسم آزمون همراه با سرباره اش در آستانه حركت قرار گيرد  .

5) جرم كفه و وزنه ها ي درون آن را با ترازو اندازه گيري مي كنيم .

6)  يا ضريب اصطكاك ايستايي را پيدا مي كنيم .

7)

8) اين آزمايش را 3بار تكرار مي كنيم و داريم :

      بار اول            

بار دوم          

بار سوم            

  حالا سراغ محاسبه اصطكاك ايستايي بر روي سطح شيب دار با شيب متغير مي رويم :

1) سطح شيب دار را چنان آماده مي كنيم كهبه راحتي بتوانيم شيب آن را تغيير دهيم .

2) زاويه شيب را با استفاده از نقاله سطح شيب دار مي خوانيم .

3) جسم را روي سطح شيب دار گذاشته وبا افزايش شيب زاويه شيب را در آستانه لغزش جسم به طرف پائين قرار مي دهيم .

4) آزمايش را 3بار تكرار مي كنيم .

5)

6)

بار اول    

بار دوم     

بار سوم   

 نام آزمايش :

         اندازه گيري ضريب اصطكاك

هدف از آزمايش  :

         اندازه گيري ضريب اصطكاك جنبشي روي سطح شيب دار و افقي

شرح وسايل :

         سطح شيب دار متحرك با نقاله ، ترازو ، جعبه وزنه ، كفه ، جسم آزمون ، نيروسنج وقرقره.

تئوري آزمايش :

هرگاه جسمي به جرم  را بر روي يك سطح شيب دار قرار دهيم از طرف سطح نيروي عمودي  بر جسم وارد مي شود اگر بخواهيم جسم را بر روي يك سطح به حركت در بياوريم از طرف سطح يك نيروي موازي سطح ودر جهت مخالف با حركت جسم به آن وارد مي شود كه به آن نيروي اصطكاك لغزشي مي گوئيم كه در فرمول   صدق مي كند .

شرح آزمايش :

مانند مراحل قبل است اما براي اصطكاك جنبشي روي سطح افقي . واينكه بايد جسم را به كمك

لرزاننده به حركت درآوريم .

بار اول    

بار دوم   

بار سوم    

نمودار رسم شده وضميمه گزارش كار است .

حالا محاسبه ضريب اصطحكاك جنبشي روي سطح شيب دار :

بار اول   

بار دوم    

بار سوم   عوامل خطا :

نام آزمایش :

         حرکت پرتابی افقی

هدف از انجام آزمایش :

         بررسی حرکت پرتابه ای بصورت افقی

شرح وسایل :

         سطح شیب دار منحنی ، کاغذ سفید ، کاغذ کاربن ، متر نواری و گلوله فلزی

تئوری آزمایش :

         فرمول ارائه شده  برای برد حرکت تا چه اندازه صحت دارد .

شرح آزمایش :

         1- سطح شیب دار منحنی را توسط گیره به انتهای میز محکم می کنیم . محل اولیه رها شدن گلوله را روی سطح شیب دار به دلخواه تعیین می کنیم وبا اندازه گیری ارتفاع آن نسبت به انتهای سطح شیب دار ( h ) سرعت اولیه پرتاب گلوله را از انتهای سطح شیب دار از رابطه  به صورت نظری به دست می آوریم                           

 2- سپس با استفده از شاقول ، تصویر عمودی انتهای سطح شیب دار را بر روی زمین مشخص  می کنیم وبا استفاده از متر فاصله عمودی انتهای افقی سطح شیب دار را از سطح زمین اندازه می گیریم .                                                                                       

 3- برد پرتابه را از رابطه  به صورت نظری بدست می آوریم .

 4- یک صفحه کاغذ را در محل تقریبی فرود گلوله روی سطح زمین قرار می دهیم و روی آن یک برگ کاربن می گذاریم .

 6- گلوله را از بالای سطح شیب دار از ارتفاع  h  بدون سرعت اولیه رها می کنیم و برد آن را بصورت عملی اندازه

می گیریم .

 محاسبه خطا و ذکر عوامل آن :

 درصد انحراف ( آزمایش 1

 درصد انحراف ( آزمایش 2

 درصد انحراف ( آزمایش 3

 عوامل خطا عبارتند از : خطای ناشی از مقاومت هوا ، اصطحکاک و اندازه گیری .

 نتیجه آزمایش :

         اگر بتوانیم خطا ها را کاهش دهیم خواهیم دید که فرمول  درست است البته درصد خطاهای بدست آمده خود نشان دهنده این موضوع می باشد اگر بتوانیم خطاهای ذکر شده را محاسبه و از نتیجه تئوری بدست آمده کم کنیم قطعاً به نتایج بدست آمده آزمایش خواهیم رسید .