செய்முறைகள் · சோதனை 9
சோதனை இல. 9
நிறையேற்றிய சோதனைக் குழாயால் திரவ அடர்த்தியைக் காணல்
🎯 நோக்கம்
நிறையேற்றப்பட்ட சோதனைக் குழாயைப் பயன்படுத்தி ஒரு திரவத்தின் (சோடியம் குளோரைடு கரைசல்) அடர்த்தியைக் காணல்.
🧰 கருவிகளும் பொருட்களும்
கொதிக்கும் குழாய் (boiling tube), உயரமான ஜாடி, சில நிறை அலகுகள், வெர்னியர் கேலிபர், mm அளவிடப்பட்ட வரைபடத் தாள் துண்டு, சோடியம் குளோரைடு கரைசல், ஈய துப்பாக்கி குண்டுகள் / சிறு எஃகுக் கோளங்கள், சிறிது மெழுகு.
📐 கொள்கை
$M$ = குழாய் + உள்ளடக்கங்களின் திணிவு, $V$ = மெழுகு நிரப்பிய பகுதியின் கனவளவு, $A$ = உருளைப் பகுதியின் வெளி-வெட்டுமுக பரப்பு, $m$ = சேர்க்கப்பட்ட கூடுதல் நிறை, $\rho$ = திரவத்தின் அடர்த்தி, $l$ = திரவத்தில் மூழ்கிய உருளைப் பகுதியின் நீளம்.
மிதப்புக் கோட்பாட்டால்:
$(M + m)g = (V + A l)\rho g$
$l = \dfrac{1}{A\rho} m + \dfrac{1}{A}\!\left(\dfrac{M}{\rho} - V\right)$
$l = \dfrac{1}{A\rho} m + \dfrac{1}{A}\!\left(\dfrac{M}{\rho} - V\right)$
$l$ vs $m$ வரைபடச் சாய்வு $G = 1/(A\rho)$. தண்டின் வெளி விட்டம் $d$ எனில் $A = \pi d^{2}/4$, எனவே:
$\rho = \dfrac{4}{\pi d^{2} G}$
🔬 செய்முறை
- குழாய் செங்குத்தாக மிதக்கும்படி குறைந்தபட்ச எண்ணிக்கையில் ஈய குண்டுகளை குழாயில் இடுக. மெழுகை ஊற்றி குண்டுகளை முழுவதும் மூடுக (கோளப் பகுதி முழுவதும் நிரம்ப வேண்டும்).
- குழாயின் உருளைப் பகுதியின் கீழ் முனையில் இருந்து தொடங்கும்படி mm வரைபடத் தாள் துண்டை உள்புறம் ஒட்டுக.
- ஜாடியில் சோடியம் குளோரைடு கரைசலை நிரப்பி, குழாயை செங்குத்தாக மிதக்க விட்டு, மூழ்கிய நீளம் $l$ ஐ அளக்க.
- ஒரு நிறை அலகை $m$ உள்ளே இட்டு புதிய $l$ ஐ அளக்க. $m$ ஐ ~6 மதிப்புகளில் பெருக்கி, ஒவ்வொரு மதிப்புக்கும் $l$ ஐ அட்டவணை 9.1-இல் பதிக.
- வெளி விட்டம் $d$ ஐ வெர்னியர் கேலிபரால் மூன்று இடங்களில், செங்குத்தான இரு திசைகளில் அளந்து சராசரியெடுக்க (அட்டவணை 9.2).
- $l$ vs $m$ வரைபடம் வரைந்து, சாய்வு $G$ ஐக் கணக்கிட்டு, $\rho = 4/(\pi \bar{d}^{2} G)$ ஐ பெறுக.
📊 அளவீடுகள்
அட்டவணை 9.1: $(m, l)$ ஆறு சோடிகள். அட்டவணை 9.2: மூன்று இடங்களில் $d$, ஒவ்வொன்றுக்கும் இரு செங்குத்து திசைகள் → சராசரி $\bar{d}$.
🧮 கணக்கீடு
$G = $ வரைபடச் சாய்வு (cm/g)
$A = \pi \bar{d}^{2}/4$
$\rho = \dfrac{4}{\pi \bar{d}^{2} G}$ (g/cm³)
$A = \pi \bar{d}^{2}/4$
$\rho = \dfrac{4}{\pi \bar{d}^{2} G}$ (g/cm³)
⚠ முன்னெச்சரிக்கைகள்
- மெழுகு கோளப் பகுதியில் முற்றிலும் நிரம்ப வேண்டும் — கோளப் பகுதி உள்ளே காற்று மீதமிருந்தால் $V$ மாறி, கணக்கீடு வழுப்படும்.
- நிறை அலகுகளை குழாய்க்குள் இடும்போது தலைகீழாக மிதக்காமல் செங்குத்தாகத் தொடரும் வரை சேர்க்க.
- குழாய் ஜாடியின் சுவரைத் தொடாமல், ஜாடியின் நடுவில் மிதக்க வேண்டும் — இல்லையேல் உராய்வால் $l$ வழுப்படும்.
- mm scale ஐ உள்புறம் ஒட்டும்போது, கீழ் முனை உருளைப் பகுதியின் தொடக்கத்துடன் ஒத்திருக்க — இல்லையென்றால் zero offset சேரும்.
- $m$-இன் அதிகபட்ச மதிப்பை முதலில் கண்டறிய — குழாயின் வாய் திரவ மட்டம் வரை எத்தனை நிறை வேண்டுமோ; அதை 6 ஆல் வகுத்து சம இடைவெளி படிகள் தேர்வுசெய்க.
✅ முடிவு
வரைபடச் சாய்வு $G$ ஐ பயன்படுத்தி கரைசலின் அடர்த்தி $\rho$ ஐக் கணக்கிடுக. NaCl கரைசலுக்கு ~1.10 – 1.20 g/cm³ எதிர்பார்க்கப்படுகிறது.
குறிப்புசம-நிறை அலகுகளைப் பயன்படுத்துவது வசதியானது — பெட்டியில் இருந்து ஒவ்வொன்றாக நிறைகளை எடுக்க வேண்டிய தேவை நீங்கும். வரைபடச் சாய்விலிருந்து $\rho$-ஐ பெறுவது, ஒரு அளவீட்டை மட்டும் நம்புவதை விட துல்லியம்.
NIE Physics Practical Handbook (2017) · Experiment 9, pp.22–23