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Versuche

Dichte von Luft

Ziel des Versuchs

  • Bestimmung der Dichte von Luft.
Aufbau
Joachim Herz Stiftung
Abb. 1 Benötigte Geräte zur Bestimmung der Dichte von Luft.

Du benötigst folgende Geräte:

  • Waage (Balkenwaage mit Wägesatz und Tarierschrot oder eine sehr genau Digitalwaage)

  • Kunststoffkugel (verschließbar)

  • Luftpumpe

  • Pneumatische Wanne (Wanne, Messzylinder und Schlauch)

Durchführung
Massenbestimmung einer bestimmten Luftmenge
Abb. 2. Bestimmung der Masse der in die Kugel gepressten Luft
  • Bestimme zuerst die Masse \(m\) der Kunststoffkugel (mit der Normalmenge an Luft, Abb. 2 Bild 1).

  • Pumpe mit Hilfe der Luftpumpe zusätzliche Luft in die Kunststoffkugel (Abb. 2 Bild 2).

  • Verschließe das Ventil an der Kunststoffkugel.

  • Bestimme die Masse \(m+m_{\rm{L}}\) der Kunststoffkugel mit der zusätzlichen Luft (Abb. 2 Bild 3).

  • Subtrahiere von der zweiten die erste Masse; du erhältst die Masse \(m_{\rm{L}}\) der zusätzlichen Luft in der Kunststoffkugel.

 

Volumenbestimmung dieser Luftmenge
  • Abb. 3. Wenn das Ventil geöffnet wird, strömt die Überschüssige Luft aus der Kugel und verdrängt das Wasser aus dem Messzylinder. Das Volumen der Luft kann anschließend abgelesen werden.

    Lasse die in der Kunststoffkugel zusammengepresste Luft in den auf dem Kopf stehenden Messzylinder einströmen (Abb. 3 Bild 1). Die Luft verdrängt das Wasser im Messzylinder teilweise. Man nennt diese Anordnung eine pneumatische Wanne.

  • Lies an der Skala des Messzylinders das Volumen \(V_{\rm{L}}\) der in die Kunststoffkugel zusätzlich eingepumpten Luft ab (Abb. 3 Bild 2).

 

Varianten
  • Verwendet man anstelle der Luftpumpe eine Gasspritze mit definiertem Volumen von z.B. \(100\,\rm{cm}^3\), so kann man sich die Volumenmessung mit der pneumatischen Wanne sparen.

  • Besitzt man eine Vakuumpumpe, so kann man die Kunststoffkugel einmal mit Luft und einmal evakuiert wiegen und so die Masse der Luft bestimmen. Für diesen Versuch sollte man eine größere Glaskugel verwenden. Achtung: Beim Evakuieren der Glaskugel besteht Implosionsgefahr. Verwende deshalb unbedingt einen Splitterschutz!

Beobachtungen und Auswertung
Aufgabe

1.) Lies aus den Bildern von der Versuchsdurchführung die folgenden Messwerte ab:

  • Gewicht der Kugel ohne zusätzliche Luft
  • Gewicht der Kugel mit zusätzlich eingepumpter Luft
  • Volumen der zusätzlichen Luft

2.) Bestimme aus diesen Messwerten einen Wert für die Dichte von Luft.

Lösung

1.) Ablesen der Werte:

  • Gewicht der Kugel ohne zusätzliche Luft: \(m = 117{,}63\,\text{g}\)
  • Gewicht der Kugel mit zusätzlich eingepumpter Luft: \(m{+}m_\text{L}=118{,}27\,\text{g}\)
  • Volumen der zusätzlichen Luft: \(580{,}\text{ml}\,\hat{=}\,0{,}580\,\text{l}\)

 

2.) Aus diesen Werten ergibt sich:

 

  • Masse der zusätzlichen Luft:
    \[m_\text{L}=118{,}27\,\text{g}-117{,}63\,\text{g}=0{,}64\,\text{g}\]

 

  • Dichte der Luft:
    \[\varrho_\text{L}=\frac{m_\text{L}}{V_\text{L}}=\frac{0{,}64\,\text{g}}{0{,}580\,\text{l}}\approx1{,}10\,\frac{\text{g}}{\text{l}}\]