3.Wykonywanie pomiarów laboratoryjnych

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

MINISTERSTWO EDUKACJI NARODOWEJ Grażyna Sobierajska Wykonywanie pomiarów laboratoryjnych 714[03].L1.03 Poradnik dla ucznia Wydawca Instytut Technologii Eksploatacji – Państwowy Instytut Badawczy Radom 2006


1

Recenzenci: mgr inż. Krzysztof Garczyński mgr Romuald Mazur Opracowanie redakcyjne: mgr inż. Grażyna Sobierajska Konsultacja: mgr Zenon W. Pietkiewicz

Poradnik stanowi obudowę dydaktyczną programu jednostki modułowej 714[03].L1.03 Wykonywanie pomiarów laboratoryjnych w modułowym programie nauczania dla zawodu lakiernik. Wydawca Instytut Technologii Eksploatacji – Państwowy Instytut Badawczy, Radom 2006


2

SPIS TREŚCI 1. Wprowadzenie 4 2. Wymagania wstępne 5 3. Cele kształcenia 6 4. Materiał nauczania 7

4.1. Układ jednostek SI 7 4.1.1. Materiał nauczania 7 4.1.2. Pytania sprawdzające 8 4.1.3. Ćwiczenia 8 4.1.4. Sprawdzian postępów 9

4.2. Błędy pomiaru 10 4.2.1. Materiał nauczania 10 4.2.2. Pytania sprawdzające 11 4.2.3. Ćwiczenia 11 4.2.4. Sprawdzian postępów 11

4.3. Klasa dokładności, wzorcowanie i legalizacja przyrządów 12 4.3.1. Materiał nauczania 12 4.3.2. Pytania sprawdzające 12 4.3.3. Ćwiczenia 12 4.3.4. Sprawdzian postępów 13

4.4. Pomiary gęstości i lepkości cieczy 14 4.4.1. Materiał nauczania 14 4.4.2. Pytania sprawdzające 15 4.4.3. Ćwiczenia 15 4.4.4. Sprawdzian postępów 16

4.5. Pomiary roztarcia, przemiału, twardości, tłoczności i elastyczności 17 4.5.1. Materiał nauczania 17 4.5.2. Pytania sprawdzające 17 4.5.3. Ćwiczenia 18 4.5.4. Sprawdzian postępów 20

4.6. Pomiary poziomu cieczy i natężenia przepływu 21 4.6.1. Materiał nauczania 21 4.6.2. Pytania sprawdzające 21 4.6.3. Ćwiczenia 21 4.6.4. Sprawdzian postępów 22

4.7. Ruch laminarny i burzliwy. Przepływomierze i rotametry 23 4.7.1. Materiał nauczania 23 4.7.2. Pytania sprawdzające 24 4.7.3. Ćwiczenia 24 4.7.4. Sprawdzian postępów 25

4.8. Pomiary ciśnienia i temperatury 26 4.8.1. Materiał nauczania 26 4.8.2. Pytania sprawdzające 26 4.8.3. Ćwiczenia 27 4.8.4. Sprawdzian postępów

28


3

4.9. Pomiar składu i wilgotności powietrza 29 4.9.1. Materiał nauczania 29 4.9.2. Pytania sprawdzające 30 4.9.3. Ćwiczenia 30 4.9.4. Sprawdzian postępów 30

4.10. Higrometry i psychrometry 31 4.10.1. Materiał nauczania 31 4.10.2. Pytania sprawdzające 31 4.10.3. Ćwiczenia 32 4.10.4. Sprawdzian postępów 32

5. Sprawdzian osiągnięć 33 6. Literatura 40


4

1. WPROWADZENIE Poradnik niniejszy będzie Ci pomocny w przyswajaniu wiedzy przy wykonywaniu podstawowych pomiarów laboratoryjnych. W poradniku zamieszczono: – wymagania wstępne, czyli wykaz niezbędnych umiejętności i wiadomości, które

powinieneś mieć opanowane, aby przystąpić do realizacji tej jednostki modułowej, – cele kształcenia jednostki modułowej, – materiał nauczania (rozdział 4) umożliwiających samodzielne przygotowanie się do

wykonania ćwiczeń i zaliczenia sprawdzianów. Jest to „pigułka” wiadomości teoretycznych niezbędnych do opanowania treści jednostki modułowej. Rozdział ten zawiera także:

– pytania sprawdzające wiedzę potrzebną do wykonania ćwiczenia, – ćwiczenia, opis ich wykonania wraz z wykazem materiałów, narzędzi i sprzętu, – sprawdzian postępów pozwalający ocenić stopień opanowania materiału, – sprawdzian osiągnięć, przykładowy zestaw zadań i pytań. Pozytywny wynik sprawdzianu

potwierdzi, że dobrze pracowałeś podczas zajęć i że zdobyłeś umiejętności z zakresu tej jednostki modułowej,

– literaturę uzupełniającą. Jeżeli masz trudności ze zrozumieniem tematu lub ćwiczenia, to poproś nauczyciela lub instruktora o wyjaśnienie i ewentualne sprawdzenie, czy dobrze wykonujesz daną czynność. Po przerobieniu materiału spróbuj zaliczyć sprawdzian z zakresu jednostki modułowej. Jednostka modułowa: „Wykonywanie pomiarów laboratoryjnych”, której treści teraz poznasz jest jednym z modułów koniecznych do zapoznania się z procesem wytwarzania pokryć i powłok lakierniczych. Bezpieczeństwo i higiena pracy W czasie pobytu w pracowni musisz przestrzegać regulaminy, przepisy bezpieczeństwa i higieny pracy oraz instrukcje przeciwpożarowe, wynikające z rodzaju wykonywanych prac. Przepisy te poznasz podczas trwania nauki.


5

2. WYMAGANIA WSTĘPNE Przystępując do realizacji programu jednostki modułowej powinieneś umieć: – organizować stanowisko pracy zgodnie z wymogami ergonomii, – znajdować właściwą dokumentację techniczną w bibliotece lub innej bazie danych, – rozróżniać pojęcia procesów fizycznych i chemicznych, – zastosować podane sposoby wykonywania pomiarów i obliczeń, – stosować poznane pojęcia i prawa w praktyce, – korzystać z różnych źródeł informacji.


6

3. CELE KSZTAŁCENIA W wyniku realizacji programu jednostki modułowej powinieneś umieć: – wykonać prace laboratoryjne zgodnie z obowiązującymi przepisami bhp, ochrony

przeciwpożarowej i ochrony środowiska, – obliczyć błędy pomiarów laboratoryjnych (względnie i bezwzględne), – posłużyć się sprzętem i materiałami w pracy laboratoryjnej, – zmierzyć podstawowe wielkości fizykochemiczne cieczy: gęstość, lepkość, lotność,

napięcie powierzchniowe, – zmierzyć wilgotność powietrza za pomocą higrometrów, – zbadać wpływ środków powierzchniowo czynnych na napięcie powierzchniowe cieczy, – utwardzić żywice termoutwardzalne, – wykonać pomiar poziomu cieczy i natężenia przepływu, – zmierzyć ciśnienie za pomocą różnych manometrów, – zmierzyć temperaturę za pomocą różnych termometrów, – wykonać pomiary właściwości fizykochemicznych materiałów (lepkość, roztarcie,

twardość, udarność, tłoczność, elastyczność), – zmierzyć pH roztworów, – zastosować wagi analityczne i techniczne w analizie wagowej, – zakonserwować i przechować przyrządy kontrolno – pomiarowe i sprzęt laboratoryjny.


7

4. MATERIAŁ NAUCZANIA 4.1. Układ jednostek SI 4.1.1. Materiał nauczania W roku 1960 na XI Generalnej Konferencji Miar przyjęto Międzynarodowy Układ Jednostek, zwany od pierwszych liter w języku francuskim SI [1, s.35-46]. Poszczególne państwa (w tym Polska od 1966 roku) stopniowo przyjmują ten układ jednostek za obowiązujący. Układ SI zawiera: a) 7 jednostek podstawowych:

− metr (m) - podstawowa jednostka długości, − kilogram (kg) - podstawowa jednostka masy, − sekunda (s) - podstawowa jednostka czasu, − amper (A) - podstawowa jednostka natężenia prądu elektrycznego, − kelwin (K) - podstawowa jednostka temperatury, − mol (mol) - podstawowa jednostka liczności materii, − kandela (cd) - podstawowa jednostka natężenia światła.

b) 2 jednostki uzupełniające: − radian (rad) - jednostka miary kąta płaskiego, − steradian (sr) - jednostka miary kąta bryłowego.

c) jednostki pochodne, spójne z jednostkami podstawowymi i uzupełniającymi, d) przedrostki SI. Konferencja Generalna Miar i Wag postanowiła w październiku 1995 zlikwidować odrębną klasę jednostek uzupełniających i włączyć je do klasy jednostek pochodnych. W układzie SI jednostkę większą i mniejszą od przyjętej (pochodną) tworzy się poprzez dodanie przed jej nazwą odpowiedniego przedrostka. Przedrostki te przedstawione są w tabeli 1. Ujednolicenie stosowanych jednostek do określania poszczególnych wielkości fizykochemicznych ułatwia porozumiewanie się osobom z różnych dziedzin nauki i techniki.


8

Tabela 1. Przedrostki jednostek fizycznych układu SI PRZEDROSTKI JEDNOSTEK FIZYCZNYCH UKŁADU SI NAZWA PRZEDROSTEK MNOŻNIK NAZWA MNOŻNIKA jotta Y 1024 Kwadrylion zetta Z 1021 Tryliard eksa E 1018 Trylion peta P 1015 Biliard tera T 1012 Bilion giga G 109 Miliard mega M 106 Milion kilo k 103 Tysiąc hekto h 102 Sto deka da 101 Dziesięć decy d 10-1 jedna dziesiąta centy c 10-2 jedna setna mili m 10-3 jedna tysięczna mikro μ 10-6 jedna milionowa nano n 10-9 jedna miliardowa piko p 10-12 jedna bilionowa femto f 10-15 jedna biliardowa atto a 10-18 jedna trylionowa zepto z 10-21 jedna tryliardowa jokto y 10-24 jedna kwadrylionowa 4.1.2. Pytania sprawdzające Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń. 1. Kiedy przyjęto Międzynarodowy Układ Jednostek SI? 2. Ile jednostek podstawowych zawiera układ SI? 3. Ile jednostek uzupełniających zawiera układ SI? 4. Jakie jednostki oprócz podstawowych i uzupełniających zawarte są w układzie SI? 5. W jaki sposób tworzy się w układzie SI jednostki mniejsze i większe od podstawowych? 4.1.3. Ćwiczenia Ćwiczenie 1 Zapisz liczbowo i podaj jednostkę układu SI dla następujących wielkości: – piętnaście nanosekund, – dwadzieścia siedem pikogram, – czterdzieści jeden gigaamper, – dwanaście decymetrów, – jedenaście petasekund.

Sposób wykonania ćwiczenia Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś: 1) zorganizować stanowisko pracy, 2) zapisać podane wielkości liczbowo i dodać do każdej symbol jednostki,


9

3) przedstawić wyniki wykonanego ćwiczenia, 4) dokonać oceny poprawności wykonanego ćwiczenia. Wyposażenie stanowiska pracy: – zeszyt przedmiotowy i długopis, – literatura z rozdziału 6 poradnika dla ucznia. 4.1.4. Sprawdzian postępów Czy potrafisz: Tak Nie

1) zdefiniować układ jednostek SI? ¨ ¨ 2) podać jednostki podstawowe układu SI? ¨ ¨ 3) podać jednostki uzupełniające układu SI? ¨ ¨ 4) zapisać liczbowo i podać symbol zadanej wielkości zgodnie z układem

jednostek SI? ¨ ¨

5) wykorzystać zdobyte wiadomości w praktycznym działaniu? ¨ ¨


10

4.2. Błędy pomiaru 4.2.1. Materiał nauczania Pomiar, czyli mierzenie, polega na porównywaniu dowolnej wielkości fizycznej mierzonej z wielkością tego samego rodzaju, przyjętą za jednostkę miary. Tak na przykład: mierząc średnicę stołu, porównujemy ją z długością przyjętą za jednostkę (jest nią w tym przypadku jeden metr). Jednym z przyrządów do mierzenia długości jest linijka. Pomiary, które wykonujemy, nie są nigdy dokładne. Dokładność zależy od użytego przyrządu pomiarowego. Analiza pomiarów, a więc i rachunek błędu są nieodłączną częścią każdego pomiaru laboratoryjnego, gdyż pozwalają zrozumieć istotę błędu, jak również uświadamiają, że dane ćwiczenie zostało wykonane mniej lub bardziej dokładnie. Nie można przy każdym pomiarze ściśle i bezwzględnie określić wartości danej wielkości. Zawsze występuje jakiś błąd pomiarowy. Jego wartość zależy od: − większej lub mniejszej wprawy mierzącego, − dokładności użytych przyrządów, − dokładności metody pomiarowej. Ze względu na dokładność metod pomiaru błędy pomiarów możemy podzielić na bezwzględne i względne. Błąd bezwzględny to popełniany przy danym pomiarze błąd rzeczywisty. Jest on wyrażany w jednostkach wielkości mierzonej. Jest on różnicą pomiędzy wartością rzeczywistą, a wartością otrzymaną przy danym pomiarze. Wartość błędu bezwzględnego można oszacować na podstawie dokładności użytych mierników, np.: − pomiar długości przymiarem milimetrowym daje błąd rzędu 1mm - DX = 1mm, − pomiar długości noniuszem daje błąd rzędu 0,1 mm - DX = 0,1 mm, − pomiar długości mikrometrem daje błąd rzędu 0,01 mm - DX= 0,01 mm. Jednak podanie i określenie błędu bezwzględnego nie mówi jeszcze o dokładności przeprowadzonego pomiaru. Błędem względnym nazywa się stosunek błędu bezwzględnego do średniej wartości mierzonej i najczęściej wyraża się go w procentach [1, s. 7-11]. Przykład: Zmierzono przymiarem milimetrowym długość deski l = 500 mm oraz grubość d = 5mm. W przypadku pomiaru długości deski pomylono się o +/- 1mm na 500 mm, w przypadku grubości pomylono się również o 1 mm na 5 mm. Pierwszy pomiar jest więc dokładniejszy. Oblicz błąd względny długości i grubości deski. Bw=Bb/Wśr x 100% Błąd względny długości: Bw= 1/500 x 100%= 0,2% Błąd względny grubości: Bw= 1/5 x 100%= 20% Poprzez analizę błędów możemy rozróżnić trzy rodzaje popełnianych błędów: − systematyczne - powtarzane systematycznie przy pomiarach jakiejś wielkości fizycznej;

wynikają one ze źle wyskalowanego przyrządu pomiarowego, lub wytarowanej wagi, przesuniętej skali na przyrządzie pomiarowym itp.,

− przypadkowe - spowodowane chwilowymi odchyleniami, − grube - spowodowane pomyłkami obserwatora przy odczycie.


11

Przy wykonywaniu wszelkich pomiarów należy zawsze wskazać zakres pomiarowy przyrządu, którym pomiar jest wykonywany i klasę jego dokładności. 4.2.2. Pytania sprawdzające Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń. 1. Jak można zdefiniować pojęcie: pomiar? 2. Od czego zależy błąd pomiaru? 3. Jak zdefiniujesz błąd względny? 4. Jak zdefiniujesz błąd bezwzględny? 5. Jak zdefiniujesz błąd systematyczny? 6. Co to jest błąd przypadkowy? 7. Co to jest błąd gruby? 4.2.3. Ćwiczenia Ćwiczenie 1 Zmierzono przymiarem milimetrowym długość sznura l= 200 mm oraz średnicę d=15mm. W przypadku pomiaru długości sznura pomylono się o +/- 1mm na 200 mm, natomiast w przypadku średnicy pomylono się również o 1 mm na 15 mm. Pierwszy pomiar jest więc dokładniejszy. Oblicz błąd względny długości i grubości deski. Bw=Bb/Wśr x 100% Sposób wykonania ćwiczenia Aby wykonać ćwiczenie powinieneś: 1) zorganizować stanowisko pracy, 2) obliczyć błąd względny pomiaru długości, 3) obliczyć błąd względny pomiaru średnicy, 4) zapisać wyniki swojej pracy, 5) zaprezentować wyniki swojej pracy, 6) dokonać oceny poprawności wykonanego ćwiczenia.

Wyposażenie stanowiska pracy: – zeszyt przedmiotowy i długopis, – literatura z rozdziału 6 poradnika dla ucznia. 4.2.4. Sprawdzian postępów Czy potrafisz: Tak Nie

1) zorganizować stanowisko do wykonania ćwiczeń? ¨ ¨ 2) zdefiniować pojęcia: błąd względny i bezwzględny? ¨ ¨ 3) zdefiniować pojęcia: błąd systematyczny, przypadkowy, gruby? ¨ ¨ 4) obliczyć błąd względny? ¨ ¨ 5) obliczyć błąd bezwzględny? ¨ ¨ 6) znając wartość błędu względnego dwóch pomiarów zdefiniować, który

z pomiarów jest dokładniejszy? ¨ ¨

7) wykorzystać zdobyte wiadomości w praktycznym działaniu? ¨ ¨


12

4.3. Klasa dokładności, wzorcowanie i legalizacja przyrządów 4.3.1. Materiał nauczania Każde urządzenie pomiarowe charakteryzowane jest tak zwaną klasą dokładności przyrządu. Klasa dokładności stanowi cechę jakościową tego przyrządu i świadczy o spełnieniu przez przyrząd konkretnych wymagań. Klasa dokładności przyrządów jest na tyle ważną właściwością, że dla poszczególnych grup przyrządów stworzono ustawy regulujące ich klasy dokładności. Klasa przyrządu pomiarowego określa wartość błędu maksymalnego, jaki może wystąpić podczas wykonywanego pomiaru. Klasa dokładności najczęściej podawana jest jako zakres możliwych odchyleń: in + i in -, na przykład klasy stosowanych w lakiernictwie grubościomierzy zwykle mieszczą się w zakresie plus / minus 3%. Zasady legalizacji przyrządów reguluje ustawa z dnia 11 maja 200 r. – Prawo o miarach (Dziennik Ustaw nr 63 ze zmianami). Ustawa reguluje zagadnienia legalnych jednostek miar, prawnej kontroli metrologicznej przyrządów pomiarowych, kompetencji i zadań organów administracji rządowej właściwych w sprawach miar. Według ustawy wzorzec jednostki miary jest to przyrząd pomiarowy przeznaczony do zdefiniowania, zrealizowania, zachowania lub odtwarzania jednostki miary. Wymagania metrologiczne są to zasadnicze i szczegółowe wymagania, którym musi odpowiadać przyrząd pomiarowy. Legalizacja to sprawdzenie, stwierdzenie i oświadczenie dowodem legalizacji, że przyrząd pomiarowy spełnia wymagania metrologiczne określone we właściwych przepisach. Legalizację można podzielić na: - pierwotną: legalizację przyrządu pomiarowego po raz pierwszy po wyprodukowaniu

przed wprowadzeniem do obrotu lub użytkowania, - ponowną: każdą kolejną legalizację przyrządu pomiarowego, - jednostkową: legalizację pierwotną przyrządu pomiarowego w wykonaniu jednostkowym,

skonstruowanego dla określonego, szczególnego zastosowania. Ta sama ustawa reguluje definicje dotyczące wzorcowania przyrządów. W myśl ustawy wzorcowanie to wszystkie czynności ustalające relację między wartościami wielkości mierzonej wskazanymi przez przyrząd pomiarowy, a odpowiednimi wartościami wielkości fizycznych, realizowanym przez wzorzec jednostki miary. 4.3.2. Pytania sprawdzające Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń. 1. Jak zdefiniujesz pojęcie: klasa dokładności? 2. Czy klasy dokładności są regulowane aktami prawnymi? 3. Co to jest legalizacja pierwotna? 4. Co to jest legalizacja ponowna? 5. Co to jest legalizacja jednostkowa? 6. Jak zdefiniujesz pojęcie: wzorcowanie? 4.3.3. Ćwiczenia Ćwiczenie 1 Wykonaj badanie pomiaru temperatury wody z wodociągu za pomocą termometru cieczowego, manometrycznego, bimetalicznego, termoelektrycznego i oporowego.


13

Sposób wykonania ćwiczenia Aby wykonać ćwiczenie powinieneś: 1) zorganizować stanowisko pracy, 2) przygotować termometr cieczowy, manometryczny, bimetaliczny, termoelektryczny

i oporowy wraz z instrukcjami, 3) dokonać pomiaru temperatury wody z wodociągu za pomocą termometru cieczowego,

manometrycznego, bimetalicznego, termoelektrycznego i oporowego, 4) zapisać wyniki swojej pracy, 5) zaprezentować efekty swojej pracy, 6) dokonać oceny poprawności wykonanego ćwiczenia.

Wyposażenie stanowiska pracy: – zeszyt przedmiotowy i długopis, – termometry: cieczowy, manometryczny, bimetaliczny, termoelektryczny, oporowy wraz

z instrukcjami, – literatura z rozdziału 6 poradnika dla ucznia. Ćwiczenie 2 Wykonaj ważenie próbki za pomocą wagi analitycznej i wagi technicznej. Sposób wykonania ćwiczenia Aby wykonać ćwiczenie powinieneś: 1) zorganizować stanowisko pracy do wykonania ćwiczenia, 2) przygotować wagę analityczną i domową, 3) przygotować próbkę do ważenia, np. wypełnione piaskiem pudełko zapałek, 4) wykonać ważenie próbki na wadze analitycznej i technicznej, 5) zapisać wyniki swojej pracy, 6) zaprezentować efekty swojej pracy, 7) dokonać oceny poprawności wykonanego ćwiczenia. Wyposażenie stanowiska pracy: – zeszyt przedmiotowy, – waga analityczna i techniczna, – literatura z rozdziału 6 poradnika dla ucznia. 4.3.4 Sprawdzian postępów Czy potrafisz: Tak Nie

1) Określ klasę dokładności? ¨ ¨ 2) Zidentyfikuj legalizacje pierwotną? ¨ ¨ 3) Zidentyfikuj legalizacje ponowną? ¨ ¨ 4) Zidentyfikuj legalizacje jednostkową? ¨ ¨ 5) Określ wzorcowanie? ¨ ¨


14

4.4. Pomiary gęstości i lepkości cieczy 4.4.1. Materiał nauczania Gęstość jest stosunkiem masy ciała do jego objętości. Służy do porównywania ciężarów różnych materiałów. Wiemy na przykład, że sześcienna kostka stalowa o krawędzi 1cm jest cięższa od takiej samej kostki styropianowej. Świadczy to o tym, że stal ma znacznie większą gęstość od styropianu. Istnieje kilka jednostek gęstości: − międzynarodowa jednostka gęstości - kg/m3, − dla ciał stałych i cieczy – g/cm3, − dla gazów – g/dm3. Gęstość można wyrazić wzorem d= m/v lub ρ = m/v. Oznacza to, że gęstość = masa podzielona przez objętość danej substancji. Na przykład: Oblicz gęstość drewna, z którego wykonano przedmiot o masie 30gram i objętości 50cm3. Dane: m= 30g v= 50 cm3

Szukane: d= ? d= m/v d= 30/50 [g/ cm3] d= 0,6 g/ cm3

Odpowiedź: Przedmiot wykonany z drewna ma gęstość równą 0,6g/ cm3. Warto zapamiętać wartości gęstości podstawowych substancji: − wody, której gęstość jest równa 1g/cm3, − powietrza, którego gęstość jest równa 1,29 g/ dm3. Przyrządem służącym do bezpośredniego pomiaru gęstości cieczy jest aerometr. Jest to wąska rurka z podziałką, zakończona zbiorniczkiem obciążającym (najczęściej wypełnionym śrutem). Na podziałce aerometru odczytujemy gęstość badanej cieczy. Istnieje wiele innych sposobów na badanie gęstości cieczy, ale ten jest najłatwiejszy. Istnienie sił spójności między cząsteczkami cieczy powoduje, że przesuwanie się jednych warstw cieczy względem drugich natrafia na pewien opór, który nazywa się tarciem wewnętrznym lub lepkością. Mało ruchliwe płyny charakteryzujące się dużą lepkością (np. gliceryna) to substancje o dużym tarciu wewnętrznym. Współczynnikiem lepkości jest ŋ. Lepkość z reguły maleje wraz z temperaturą. Do pomiaru lepkości cieczy używa się lepkościomierzy, wiskozymetrów kapilarnych lub metodę Stokesa. Jednym z częściej stosowanych przyrządów do badania lepkości jest wiskozymetr rotacyjny. Pozwala on na oznaczanie lepkości farb tiksotropowych i past.


15

Najczęściej stosowana metoda badania lepkości stosowana w lakiernictwie opiera się na mierzeniu czasu wypływu w sekundach materiału lakierniczego z pojemnika (kubka). Kubki mogą być trzymane w ręku lub umieszczane na stojakach. Zawsze przy podawaniu lepkości należy podać rodzaj kubka w jakim ta lepkość była mierzona (np. kubek Forda nr 4). 4.4.2. Pytania sprawdzające Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń. 1. Czy potrafisz zdefiniować pojęcie gęstości? 2. Jaka jest jednostka gęstości w układzie SI? 3. Jakie pochodne jednostki gęstości stosuje się najczęściej do ciał stałych i cieczy? 4. Jakie pochodne jednostki gęstości stosuje się najczęściej do gazów? 5. Jaka jest definicja lepkości? 6. Jakie rodzaje przyrządów są używane do pomiaru lepkości? 7. Jakie przyrządy do pomiaru lepkości używane są najczęściej w lakiernictwie? 4.4.3. Ćwiczenia Ćwiczenie 1 Zmierz lepkość lakieru bezbarwnego do podłóg kubkiem Forda nr 4. Sposób wykonania ćwiczenia Aby wykonać ćwiczenie powinieneś: 1) zorganizować stanowisko pracy, 2) przygotować kubek Forda nr 4, 3) przygotować 100 cm3 lakieru bezbarwnego do podłóg, 4) przygotować stoper, 5) napełnić kubek Forda lakierem, 6) zmierzyć czas wypływu zgodnie z instrukcją, 7) zaprezentować efekty swojej pracy, 8) dokonać oceny poprawności wykonanego ćwiczenia. Wyposażenie stanowiska pracy: – kubek Forda nr 4 w zestawie ze stojakiem, – 100 cm3 bezbarwnego lakieru do podłóg, – instrukcja wykonywania pomiaru lepkości kubkiem Forda, – stoper, – zeszyt przedmiotowy i długopis, – literatura z rozdziału 6 poradnika dla ucznia. Ćwiczenie 2 Zmierz gęstość oleju roślinnego. Sposób wykonania ćwiczenia Aby wykonać ćwiczenie powinieneś: 1) zorganizować stanowisko pracy, 2) przygotować 100 cm3 oleju roślinnego, 3) zważyć na wadze analitycznej odmierzony olej roślinny,


16

4) ze wzoru na gęstość obliczyć gęstość oleju roślinnego, 5) zaprezentować efekty swojej pracy, 6) dokonać oceny poprawności wykonanego ćwiczenia. Wyposażenie stanowiska pracy: – cylinder miarowy o objętości 100 cm3, – 100 cm3 oleju roślinnego, – waga analityczna, – zeszyt przedmiotowy i długopis, – literatura z rozdziału 6 poradnika dla ucznia. Ćwiczenie 3 Oznacz pH roztworu z wykorzystaniem fenoloftaleiny. Sposób wykonania ćwiczenia Aby wykonać ćwiczenie powinieneś: 1) zorganizować stanowisko pracy, 2) przygotować po 10 cm3 soku z cytryny, czystej wody i wody wapiennej, 3) przygotować fenoloftaleinę, 4) oznaczyć pH roztworów za pomocą fenoloftaleiny, 5) zapisać wyniki swojej pracy, 6) zaprezentować efekty swojej pracy, 7) dokonać oceny poprawności wykonanego ćwiczenia. Wyposażenie stanowiska pracy: – 3 cylindry miarowe o objętości 10 cm3, – po 10 cm3 czystej wody, soku z cytryny i wody wapiennej, – fenoloftaleina, – zeszyt przedmiotowy i długopis, – literatura z rozdziału 6 poradnika dla ucznia. 4.4.4. Sprawdzian postępów Czy potrafisz: Tak Nie

1) zorganizować stanowisko do wykonania ćwiczeń? ¨ ¨ 2) zdefiniować pojęcia: gęstość i lepkość? ¨ ¨ 3) obliczyć gęstość substancji? ¨ ¨ 4) znaleźć metodę mierzenia lepkości? ¨ ¨ 5) wykorzystać zdobyte wiadomości w praktycznym działaniu? ¨ ¨


17

4.5. Pomiary roztarcia, przemiału, twardości, tłoczności i elastyczności

4.5.1. Materiał nauczania Oznaczenie pomiaru roztarcia może być wykonywane różnymi typami urządzeń. Urządzenia te najczęściej zbudowane są w kształcie klinowej rynny pomiarowej. Oznaczenie wykonuje się poprzez nałożenie badanej farby w najgłębsze miejsca czarno- białej klinowej rynny pomiarowej. Następnie przy pomocy specjalnego noża wygładzającego przeciąga się farbę wzdłuż rynny. Stopień roztarcia pigmentu w farbie określa miejsce, w którym powierzchnia mokrej warstwy została zaburzona przez wystające nad tę powierzchnię ziarno pigmentu. Głębokość rynny pomiarowej w tym miejscu odczytuje się ze skali. Pomiar przemiału. Rozdrabnianiem nazywamy proces zmniejszania rozmiarów grubszych brył stałych. Proces rozdrabniania brył drobnych nazywamy mieleniem. Do przeprowadzenia procesów mielenia używa się różnej konstrukcji młynów. Pracują one na zasadach ścierania materiału lub na zasadzie jednoczesnego działania sił udarowych i ścierających. Podstawowe typy młynów stosowanych w produkcji chemicznej to: − młyny tarczowe, − młyny kulowo – siatkowe. Zmielony materiał oddziela się poprzez przesypanie przez odpowiednie sito. Materiał charakteryzujący się właściwym stopniem rozdrobnienia przejdzie przez sito, a ten jeszcze nie rozdrobniony zostanie zawrócony do mielenia. Stopień rozdrobnienia poprzez mielenie czyli tzw. przemiał jest badany poprzez przesypywanie przez sita o wymaganej wielkości oczek. Powszechnie stosowaną metodą oznaczania twardości powłoki lakierowej jest metoda Wolff – Wilborn [8, s. 18-19]. Zalecenia tej metody są identyczne z metodą ołówkową pomiaru twardości wg normy BN-78/6110-03. Zalecenia tej normy są zgodne również z normą w projekcie PRPN-ISO 15184 i z zaleceniami literaturowymi. Zasada metody polega na rysowaniu badanej powłoki ołówkiem o stopniowanej twardości wybraniu ze zbioru dwóch kolejno po sobie następujących ołówków, z których bardziej miękki pozostawia na powłoce ślad grafitu a twardszy pozostawia widoczne na powłoce wgłębienie. Do badania tłoczności stosuje się metodę opisaną w normie PN-EN ISO 1520. W normie tej opisano empiryczną metodę oceny odporności powłoki z farby, lakieru lub podobnego produktu na tworzenie się pęknięć i / lub odstawanie od podłoża poddawanej stopniowo wzrastającemu odkształcaniu przez tłoczenie w znormalizowanych warunkach. Elastyczność inaczej giętkość powłoki lakierowej to zdolność powłoki do ulegania łącznie z podłożem odkształceniom zginającym bez wystąpienia pęknięć, utraty przyczepności i odczepienia się od podłoża. Normą do badania elastyczności powłok lakierowych jest np. norma o symbolu PN – 76/C- 81528. 4.5.2. Pytania sprawdzające Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń. 1. Jak wykonywane jest badanie roztarcia materiału lakierniczego? 2. W jaki sposób rozdrabnia się materiały stałe w przemyśle chemicznym? 3. Jak bada się twardość powłok lakierowych? 4. Co to jest elastyczność materiału? 5. Jaka normę wykorzystuje się do badania tłoczności wyrobów lakierowych?


18

4.5.3. Ćwiczenia Ćwiczenie 1 Wykonaj badanie stopnia roztarcia farby gruntowej. Sposób wykonania ćwiczenia Aby wykonać ćwiczenie powinieneś: 1) zorganizować stanowisko pracy, 2) przygotować grindometr do badania stopnia roztarcia, 3) przygotować 100 cm3 farby gruntowej, 4) przygotować instrukcję (normę) do badania stopnia roztarcia za pomocą grindometru, 5) wykonać badanie stopnia roztarcia, 6) zapisać wyniki swojej pracy, 7) zaprezentować wyniki swojej pracy, 8) dokonać oceny poprawności wykonanego ćwiczenia. Wyposażenie stanowiska pracy: – grindometr, – norma opisująca badanie stopnia roztarcia za pomocą grindometru, – 100 cm3 farby gruntowej, – zeszyt przedmiotowy, – długopis, – literatura z rozdziału 6 poradnika dla ucznia. Ćwiczenie 2 Wykonaj badanie twardości powłoki lakierowej. Sposób wykonania ćwiczenia Aby wykonać ćwiczenie powinieneś: 1) zorganizować stanowisko pracy, 2) przygotować element, na którym chcesz zmierzyć twardości powłoki lakierowej, 3) wybrać normę, wg której możesz wykonać badanie, 4) przygotować przyrząd Ericksona do pomiaru twardości powłoki lakierowej, 5) przygotować normę, wg której możesz wykonać badanie twardości powłoki lakierowej, 6) wykonać badanie twardości zgodnie z zaleceniami normy, 7) zapisać wyniki swojej pracy, 8) zaprezentować wyniki swojej pracy, 9) dokonać oceny poprawności wykonanego ćwiczenia.

Wyposażenie stanowiska pracy: – element z powłoką lakierową, – przyrząd Ericksona do mierzenia twardości powłoki lakierowej, – zeszyt przedmiotowy i długopis, – norma opisująca metodę mierzenia twardości, – literatura z rozdziału 6 poradnika dla ucznia.


19

Ćwiczenie 3 Wykonaj badanie elastyczności powłoki lakierowej zgodnie z normą PN – 76/C- 81528. Sposób wykonania ćwiczenia Aby wykonać ćwiczenie powinieneś: 1) zorganizować stanowisko pracy, 2) przygotować element, na którym chcesz zmierzyć elastyczność powłoki lakierowej, 3) przygotować normę PN – 76/C- 81528, 4) przygotować przyrząd do pomiaru elastyczności powłoki lakierowej, 5) przygotować normę, wg której wykonasz badanie elastyczności powłoki lakierowej, 6) wykonać badanie elastyczności zgodnie z zaleceniami normy, 7) zapisać wyniki swojej pracy, 8) zaprezentować wyniki swojej pracy, 9) dokonać oceny poprawności wykonanego ćwiczenia.

Wyposażenie stanowiska pracy: – element z powłoką lakierową, – przyrząd do mierzenia elastyczności powłoki lakierowej, – zeszyt przedmiotowy i długopis, – norma PN – 76/C- 81528, – literatura z rozdziału 6 poradnika dla ucznia. Ćwiczenie 4 Wykonaj badanie tłoczności powłoki lakierowej zgodnie z normą PN-EN ISO 1520. Sposób wykonania ćwiczenia Aby wykonać ćwiczenie powinieneś: 1) zorganizować stanowisko pracy, 2) przygotować element, na którym chcesz zmierzyć tłoczność powłoki lakierowej, 3) przygotować normę PN-EN ISO 1520, 4) przygotować przyrząd do pomiaru tłoczności powłoki lakierowej, 5) wykonać badanie tłoczności zgodnie z zaleceniami normy, 6) zapisać wyniki swojej pracy, 7) zaprezentować wyniki swojej pracy, 8) dokonać oceny poprawności wykonanego ćwiczenia.

Wyposażenie stanowiska pracy: – element z powłoką lakierową, – przyrząd do mierzenia tłoczności powłoki lakierowej, – zeszyt przedmiotowy i długopis, – norma PN-EN ISO 1520, – literatura z rozdziału 6 poradnika dla ucznia. Ćwiczenie 5 Wykonaj badanie udarności powłoki lakierowej zgodnie z normą PN EN 10045-1:994.


20

Sposób wykonania ćwiczenia Aby wykonać ćwiczenie powinieneś: 1) zorganizować stanowisko pracy, 2) przygotować element, na którym chcesz zmierzyć udarność powłoki lakierowej, 3) przygotować normę PN EN 10045-1:994, 4) przygotować przyrząd do pomiaru udarności powłoki lakierowej, 5) wykonać badanie udarności zgodnie z zaleceniami normy, 6) zapisać wyniki swojej pracy, 7) zaprezentować wyniki swojej pracy, 8) dokonać oceny poprawności wykonanego ćwiczenia.

Wyposażenie stanowiska pracy: – element z powłoką lakierową, – przyrząd do mierzenia udarności powłoki lakierowej, – zeszyt przedmiotowy i długopis, – norma PN EN 10045-1:994, – literatura z rozdziału 6 poradnika dla ucznia. 4.5.4. Sprawdzian postępów Czy potrafisz: Tak Nie

1) zdefiniować stopień roztarcia? ¨ ¨ 2) określ twardość? ¨ ¨ 3) określ tłoczność? ¨ ¨ 4) określ elastyczność? ¨ ¨ 5) przeprowadzić badanie stopnia roztarcia? ¨ ¨ 6) przeprowadzić badanie twardości powłoki lakierowej? ¨ ¨ 7) opisać pomiar badania udarności? ¨ ¨ 8) opisać badanie elastyczności? ¨ ¨


21

4.6. Pomiary poziomu cieczy i natężenia przepływu 4.6.1. Materiał nauczania Ciecze nie mają własnego kształtu i przyjmują kształt naczynia, w którym się znajdują. Mają natomiast własną objętość. Ciecze są praktycznie nieściśliwe i bardzo trudno zmienić ich objętość. Cząsteczki substancji w cieczy są powiązane siłami sięgającymi kilku cząsteczek. Dzięki temu ciecze mają stosunkowo dużą sprężystość objętości i tym samym mały współczynnik ściśliwości. Siły przyciągania międzycząsteczkowego w cieczach są jednak zbyt małe dla zapewnienia im własnego kształtu – dlatego przyjmują kształt naczynia, w którym się znajdują. Siły międzycząsteczkowe w warstwie powierzchniowej tworzą napięcie powierzchniowe. Właściwości cieczy zależą między innymi od ciśnienia i temperatury. Wszystkie ciecze posiadają lepkość czyli wewnętrzne tarcie przeciwdziałające przemieszczaniu się warstw cząsteczek. Natężenie przepływu – miara ilości cieczy ( lub innej substancji), przepływającego przez daną przestrzeń w jednostce czasu. Rozróżniamy dwa typy natężenia przepływu: − masowe natężenie przepływu= masa/czas, − objętościowe natężenie przepływu= objętość/czas. Natężenie przepływu nazywane wydajnością jest podstawowym parametrem pracy pomp, układów pompowych i sprężarek. Do pomiaru poziomu cieczy służyć mogą rozmaite wyskalowane przyrządy i urządzenia. Jedną z ciekawszych metod pomiaru poziomu jest pomiar z wykorzystaniem naczyń połączonych. Jest to system naczyń, w których ciecz może swobodnie między nimi przepływać. Niezależnie od tego, ile cieczy naleje się do naczyń połączonych, jej poziom we wszystkich ramionach jest taki sam. Zasadę tę wykorzystuje się m.in. do konstrukcji prostej poziomicy a także w hydrotechnice. 4.6.2. Pytania sprawdzające Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń. 1. Jak można zdefiniować natężenie przepływu cieczy? 2. Jakie typy natężenia przepływu można rozróżnić? 3. Jak można opisać zasadę naczyń połączonych? 4. Jakie zjawisko wykorzystywane jest przy budowie poziomicy? 5. Co jest podstawowym parametrem pracy sprężarek? 4.6.3. Ćwiczenia Ćwiczenie 1 Odnaleźć w Internecie przykłady pływaków i czujników wyporowych i z kart charakterystyki przepisać zasadę dokonywania pomiarów za pomocą każdego z nich oraz narysować schemat budowy. Sposób wykonania ćwiczenia


22

Aby wykonać ćwiczenie powinieneś: 1) zorganizować stanowisko pracy, 2) odnaleźć w Internecie przykłady pływaków i czujników wyporowych, 3) przygotować pływak i czujnik wyporowy, które odnajdziesz w pracowni szkolnej, 4) spisać zasadę działania wybranych w Internecie pływaków i czujników wyporowych

i narysować schemat ich budowy, 5) porównać schematy z przyrządami, które odnalazłeś w pracowni, 6) zaprezentować efekty swojej pracy, 7) dokonać oceny poprawności wykonanego ćwiczenia. Wyposażenie stanowiska pracy: − komputer z podłączeniem do Internetu, − pływak i czujnik wyporowy, − zeszyt przedmiotowy i długopis, − literatura z rozdziału 6 poradnika dla ucznia. 4.6.4. Sprawdzian postępów Czy potrafisz: Tak Nie

1) zdefiniować pojęcie natężenie przepływu? ¨ ¨ 2) opisać zasadę naczyń połączonych? ¨ ¨ 3) podać podstawowy parametr pracy sprężarek? ¨ ¨


23

4.7. Ruch laminarny i burzliwy. Przepływomierze i rotametry 4.7.1. Materiał nauczania Nauka, która zajmuje się opisywaniem ruchów płynów, czyli cieczy i gazów, jest to mechanika płynów. Jednym z podstawowych zagadnień mechaniki płynów jest rozróżnienie rodzajów przepływów cieczy i gazów. Rozróżniamy przepływ laminarny i turbulentny (burzliwy) [8, tom I s.365]. Przepływ laminarny jest to przepływ uwarstwiony cieczy lub gazu, w którym kolejne warstwy płynu nie ulegają mieszaniu. Przepływ turbulentny, inaczej burzliwy, jest to bardzo skomplikowany ruch płynów. Ruch turbulentny płynu przejawia się w występowaniu wirów, zjawisku oderwania strugi i zjawisku mieszania. Granice między przepływem laminarnym a burzliwym określa tak zwana liczba Reynoldsa. Liczba Reynoldsa jest to stosunek sił bezwładności do sił lepkości. Re= l*v/ ν Re- liczba Reynoldsa, l- wymiar charakterystyczny, na przykład dla przepływu przez rurę jest to jej średnica, v- prędkość charakterystyczna dla płynu, ν- lepkość kinematyczna. Liczba Reynoldsa charakteryzuje rodzaj przepływu. Re< 2300- przepływ laminarny, 2300<Re<10000- przepływ przejściowy, częściowo burzliwy, Re> 10000- przepływ burzliwy. Przepływomierz to przyrząd pomiarowy służący do pomiaru objętości lub masy materii, poruszającej się przez daną powierzchnię prostopadłą do kierunku przepływu. Zdecydowana większość przepływomierzy służy do pomiaru przepływu cieczy, dużo mniej – do pomiaru przepływu gazów. Pomiar jest zwykle pomiarem wartości chwilowej. Konieczne jest łączenie przepływomierza z licznikiem, który podaje średnie wartości. Przepływomierze można podzielić na trzy kategorie oparte o: − oddziaływania mechaniczne, − zjawiska falowe (przepływomierze ultradźwiękowe lub optyczne), − istnienie pola elektromagnetycznego. Najwięcej odmian występuje w zakresie przepływomierzy mechanicznych: − manometryczne, − ciśnieniowe, − rotametry, − tachometryczne, − oscylacyjne, − Coriolisa. Rotametr jest to przyrząd do pomiaru prędkości przepływu płynów. Ma postać pionowej szklanej rury rozszerzającej się ku górze. W rurze umieszczony jest pływak. Płyn wprowadza się od dołu rury. Ruch płynu powoduje unoszenie pływaka do położenia, w którym zrównoważą się działające siły: − siła ciężkości pływaka działająca pionowo do dołu, − siła tarcia przepływającego płynu o powierzchnię boczną pływaka działająca do góry, − siła wyporu wywołana różnicą ciśnień pod i nad pływakiem (działająca do góry). Na ścianie rury naniesiona jest skala opisana w jednostkach natężenia przepływu.


24

4.7.2. Pytania sprawdzające Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń. 1. Jakie typy przepływu płynów wyróżniamy? 2. Jaka jest wartość liczny Reynoldsa dla przepływu laminarnego? 3. Co to jest przepływomierz? 4. Co to jest rotametr? 5. Jak działa rotametr? 6. Jakie typy przepływomierzy mechanicznych można wyróżnić? 4.7.3. Ćwiczenia Ćwiczenie 1 Zmierz natężenie przepływu cieczy za pomocą rotametru. Sposób wykonania ćwiczenia Aby wykonać ćwiczenie powinieneś: 1) zorganizować stanowisko pracy, 2) przygotować rotametr, 3) przygotować przewód do wody, 4) podłączyć rotametr za pomocą przewodu do kranu wody wodociągowej, 5) odkręcić kran, 6) przeprowadzić badanie natężenia przepływu wg instrukcji posiadanego rotametru, 7) zapisać wyniki swojej pracy, 8) zaprezentować wyniki swojej pracy, 9) dokonać oceny poprawności wykonanego ćwiczenia. Wyposażenie stanowiska pracy: – zeszyt przedmiotowy i długopis, – kran z wodą wodociągową, przewód do połączenia kranu z rotametrem, – rotametr, – instrukcja wykonywania pomiaru, – literatura z rozdziału 6 poradnika dla ucznia. Ćwiczenie 2 Odnaleźć w Internecie przykłady przepływomierzy wirnikowych, skrzydełkowych i śrubowych i z kart charakterystyki przepisać zasadę dokonywania pomiaru przepływu każdego z nich oraz narysować schemat budowy. Sposób wykonania ćwiczenia Aby wykonać ćwiczenie powinieneś: 1) zorganizować stanowisko pracy do wykonania ćwiczenia, 2) odnaleźć w Internecie przykłady przepływomierzy wirnikowych, skrzydełkowych

i śrubowych, 3) przygotować modele przepływomierzy, które odnajdziesz w pracowni szkolnej, 4) spisać zasadę działania wybranych przepływomierzy i przerysować schemat ich budowy, 5) porównać schematy z modelami,


25

6) zaprezentować efekty swojej pracy, 7) dokonać oceny poprawności wykonanego ćwiczenia. Wyposażenie stanowiska pracy: – komputer z podłączeniem do Internetu, – model przepływomierza wirnikowego, skrzydełkowego i śrubowego, – zeszyt przedmiotowy i długopis, – literatura z rozdziału 6 poradnika dla ucznia. 4.7.4. Sprawdzian postępów Czy potrafisz: Tak Nie

1) zorganizować stanowisko do wykonania ćwiczeń? ¨ ¨ 2) zdefiniować przepływ laminarny i turbulentny? ¨ ¨ 3) podać definicję liczby Reynoldsa? ¨ ¨ 4) opisać przepływomierze? ¨ ¨ 5) opisać zasadę działania rotametru? ¨ ¨ 6) wykorzystać zdobyte wiadomości w praktycznym działaniu? ¨ ¨


26

4.8. Pomiary ciśnienia i temperatury 4.8.1. Materiał nauczania Ciśnienie definiowane jest jako siła wywierana prostopadle na jednostkę powierzchni. Podstawową jednostką ciśnienia, zgodnie z układem SI, jest N/m2 (Pascal). Do pomiaru ciśnienia stosowane są manometry, a do ciśnienia atmosferycznego – barometr. Fizycy badając właściwości gazów zauważyli, że w różnych wzorach do temperatury w skali Celsjusza trzeba dodawać stałą wartość – 273,15. Dlatego wprowadzono skalę temperatur zwana bezwzględną lub absolutną. Skala ta określa temperaturę zera bezwzględnego jako temperaturę gazu idealnego. W tej temperaturze wszelki ruch cząsteczek ustaje. Temperatura zera bezwzględnego jest najniższą temperaturą, jaką mogą uzyskać substancje. W temperaturze zera bezwzględnego są one w stanie stałym, za wyjątkiem helu. Do stosowanych jednostek temperatur wprowadzono skalę Kelwina. Kelwin jest standardową jednostką temperatury przyjętą w układzie jednostek SI. Najczęściej używaną w Polsce i wielu innych krajach jednostką są stopnie Celsjusza. Wzór do przeliczania stopni Celsjusza na Kelwiny: T[K]= t[Co] + 273,15 Używa się też stopni Fahrenheita. Wzór do przeliczania stopni Fahrenheita na stopnie Celsjusza: T[Co]= (5/9) x (tF[Fo] – 32) Pomiar temperatury może być realizowany na wiele sposobów. Możemy wyróżnić: − pomiar dotykowy, inaczej nazywany kontaktowym - czujnik (termometr) styka się

bezpośrednio z obiektem, którego temperaturę mierzymy, − pomiar bezdotykowy, czyli bezkontaktowy - zachodzi poprzez pomiar parametrów

promieniowania elektromagnetycznego emitowanego przez rozgrzane ciało. W zależności od wykorzystanych do pomiaru właściwości fizycznych czujnika pomiarowego wyróżnić można pomiar temperatury z wykorzystaniem zjawiska: − odkształcenia bimetalu, − wytwarzania napięcia elektrycznego (na styku dwóch metali – termopara), − zmiany rezystancji elementu (termistor), − zmiany parametrów złącza półprzewodnikowego (termometr diodowy), − zmiany objętości cieczy, gazu lub odległości ciała stałego (termometr cieczowy), − zmiana barwy - barwa żaru, barwa nalotowa stali, farba zmieniająca kolor pod wpływem

temperatury, − stożki Segera. 4.8.2. Pytania sprawdzające Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń. 1. Jak można zdefiniować pojęcie: ciśnienie? 2. Jak można opisać pojęcie: temperatura? 3. Jaka jest podstawowa jednostka ciśnienia zgodna z układem SI? 4. Jakie urządzenia są stosowane do pomiaru ciśnienia? 5. Jakie urządzenia służą do pomiaru temperatury? 6. Jakie zjawiska wykorzystywane są do pomiaru temperatury w różnych rodzajach termometrów?


27

4.8.3. Ćwiczenia Ćwiczenie 1 Zmierz ciśnienie atmosferyczne za pomocą barometru i przelicz na wartość w atmosferach. Sposób wykonania ćwiczenia Aby wykonać ćwiczenie powinieneś: 1) zorganizować stanowisko pracy, 2) przygotować barometr, 3) ustawić barometr w pomieszczeniu, w którym będzie mierzone ciśnienie, 4) odczytać wskazania barometru, 5) przeliczyć wskazania na wartość w atmosferach, 6) zapisać wyniki w zeszycie przedmiotowym, 7) dokonać oceny poprawności wykonanego ćwiczenia. Wyposażenie stanowiska pracy: – zeszyt przedmiotowy i długopis, – barometr, – literatura z rozdziału 6 poradnika dla ucznia. Ćwiczenie 2 Zmierz ciśnienie powietrza w oponie za pomocą manometru Sposób wykonania ćwiczenia: Aby wykonać ćwiczenie powinieneś: 1) zorganizować stanowisko pracy do wykonania ćwiczenia, 2) przygotować oponę ( np. z koła roweru), 3) przygotować manometr, 4) podłączyć manometr do opony, 5) odczytać wskazania manometru, 6) zapisać wyniki w zeszycie przedmiotowym, 7) dokonać oceny poprawności wykonanego ćwiczenia. Wyposażenie stanowiska pracy: – zeszyt przedmiotowy i długopis, – manometr, – opona, – literatura z rozdziału 6 poradnika dla ucznia.


28

4.8.4. Sprawdzian postępów Czy potrafisz: Tak Nie

1) zorganizować stanowisko do wykonania ćwiczeń? ¨ ¨ 2) zdefiniować pojęcie ciśnienia? ¨ ¨ 3) zdefiniować pojęcie temperatury? ¨ ¨ 4) omówić różne typy termometrów? ¨ ¨ 5) wykonać pomiar ciśnienia? ¨ ¨ 6) dokonać oceny poprawności wykonanych pomiarów? ¨ ¨ 7) wykorzystać zdobyte wiadomości w praktycznym działaniu? ¨ ¨


29

4.9. Pomiar składu i wilgotności powietrza 4.9.1. Materiał nauczania Powietrze jest to mieszanina gazów. Powietrze tzw. „suche”, czyli zawierające 0% pary wodnej to 78% azotu, 21% tlenu i 1% innych gazów (argon, neon, hel, wodór i inne). Poza tymi składnikami stałymi w powietrzu występują składniki zmienne, takie, jak: − para wodna, − dwutlenek węgla, − dwutlenek siarki, − dwutlenek azotu, − ozon, − składniki mineralne (pył, sadza), − składniki organiczne (drobnoustroje i zarodki roślin). Wyróżnia się trzy podstawowe rodzaje czynników zanieczyszczających powietrze: − cząstki stałe, − olej, − woda.

W procesach lakierniczych często stosuje się sprężone powietrze. Wielkość wskaźników czystości sprężonego powietrza zestawiona jest w normie ISO 8573 - 1. Klasy jakości uzdatniania sprężonego powietrza wg normy ISO 8573 - 1 zestawiono w tabeli 2. Normy dotyczące wymagań w odniesieniu do zastosowania w warsztacie lakierniczym zestawiono w tabeli 2. Tabela 2. Klasy jakości uzdatniania sprężonego powietrza w/g normy ISO 8573-1. klasa jakości uzdatniania

olej resztkowa zawartość oleju [mg/m³]

cząstki stałe max. wielkość [µm]

cząstki stałe max. gęstość [mg/m³]

w temp [ºC]

woda max. zawartość [g/m³]

1 0,01 0,10 0,10 -70 0,003 2 0,10 1,00 1,00 -40 0,110 3 1,00 5,00 5,00 -20 0,880 4 5,00 15,00 8,00 +3 6,000 5 25,00 40,00 10,00 +7 7,800 6 - - - +10 9,400 Tabela 3. Zalecane klasy jakości uzdatniania sprężonego powietrza dla poszczególnych zastosowań – wyciąg. zastosowanie olej cząstki stałe woda narzędzia pneumatyczne 5 4 3 pistolety lakiernicze 1 3 3-2 powietrze warsztatowe - ogólne 5 4 6 Zalecenia normy ISO 8573-1 w zakresie klasy jakości uzdatniania powietrza powinny być brane pod uwagę przez projektantów sieci pneumatycznej.


30

Pierwsze próby zbadania zawartości pary wodnej w powietrzu przeprowadził Leonardo da Vinci w 1500 roku. Jako materiał higroskopijny, czyli zmieniający swoje właściwości pod wpływem wilgotnego powietrza, zastosował kulę z bawełny lub wełny. Kula wchłaniając wilgoć z otoczenia, zmieniała swoja masę, której wychylenia sugerowały zmianę wilgotności powietrza. Miernik niestety był mało dokładny, szukano więc innych rozwiązań. Poszukiwano innych materiałów higroskopijnych pochodzenia organicznego (np. włosy ludzkie, różne tkanki zwierząt i roślin) i nieorganicznych (np. minerały i substancje chemiczne). 4.9.2. Pytania sprawdzające Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń. 1. Z czego składa się powietrze suche? 2. Jakie składniki zmienne występują w powietrzu? 3. Jaki rodzaj powietrza jest często stosowano w procesach lakierniczych? 4. Jakie substancje są oznaczane w przypadku oznakowywania klas uzdatniania powietrza sprężonego? 5. Kto i kiedy przeprowadził pierwsze próby oznaczenia wilgotności w powietrzu? 4.9.3. Ćwiczenia Ćwiczenie 1 Oblicz zawartość tlenu w pomieszczeniu o wymiarach 5x6x3metry. Załóż, że znajduje się w nim tylko suche powietrze.

Sposób wykonania ćwiczenia Aby wykonać ćwiczenie powinieneś: 1) zorganizować stanowisko pracy, 2) obliczyć kubaturę pomieszczenia, 3) obliczyć zawartość tlenu w powietrzu w pomieszczeniu, 4) zapisać wyniki swojej pracy, 5) zaprezentować wyniki swojej pracy, 6) dokonać oceny poprawności wykonanego ćwiczenia. Wyposażenie stanowiska pracy: – zeszyt przedmiotowy i długopis, – literatura z rozdziału 6 poradnika dla ucznia. 4.9.4. Sprawdzian postępów Czy potrafisz: Tak Nie

1) zorganizować stanowisko do wykonania ćwiczeń? ¨ ¨ 2) wymienić składniki powietrza suchego? ¨ ¨ 3) scharakteryzować parametry powietrza sprężonego stosowanego

w lakiernictwie? ¨ ¨

4) scharakteryzować pierwsze badania oznaczania wilgotności powietrza? ¨ ¨ 5) wymienić składniki zmienne występujące w powietrzu? ¨ ¨


31

4.10. Higrometry i psychrometry 4.10.1. Materiał nauczania Higrometry (z łac. Hygros - wilgotny, mokry) - wykorzystują zmiany właściwości pewnych substancji w wyniku zmiany wilgotności. Jednym z pierwszych higrometrów był tzw. higrometr holenderski, do którego zbudowania używano owczych jelit. Pod koniec XVIII wieku zbudowano pierwszy higrometr włosowy. Do dziś włosów ludzkich używa się jako materiału higroskopijnego. Higrometr taki składa się z włosów ludzkich, dźwigni, wskazówki i podzielni. Pomimo dość prostej budowy i wysokiej „kalibracji” tego higrometru (co ok. dwa tygodnie należy owijać higrometr wilgotnym ręcznikiem) higrometr tego rodzaju jest bardzo dokładny, co sprawia, że z powodzeniem jest używany do dziś. Z higrometru można w prosty sposób zmontować higrograf, domontowując do higrometru pisak i taśmę pomiarową. Psychrometry (z gr. Psychros - zimny, chłodny) - składają się z dwóch termometrów (nazywanych odpowiednio wilgotnym i suchym - zbiorniczek rtęciowy jednego z nich owinięty jest stale zwilżoną szmatką bawełnianą). Geneza psychrometru sięga XIX wieku. Skonstruowano go na bazie dwóch identycznych termometrów zawieszonych obok siebie i nazwano psychrometrem Augusta. Jeden termometr jest „suchy”, a drugi wilgotny, stale owinięty wilgotną szmatką. Ruch powietrza powoduje odparowywanie wody ze szmatki i oziębianie bańki termometru „mokrego”. Różnica wskazań obu termometrów jest miarą wilgotności powietrza, przy czym wilgotność względną powietrza odczytuje się z wykresu lub tablic psychometrycznych. Aby ruch powietrza był stały (a pomiar bardziej dokładny), zamontowano dodatkowo wentylator promieniowy (psychrometr Assmana). Psychrometr taki zbudowany jest z kilku części: termometru „suchego”, termometru „wilgotnego”, tkaniny zwilżającej, przepływomierza powietrza, wentylatora promieniowego i napędu wentylatora. Przy okazji określania stanów skupienia różnych substancji określa się tzw. punkt potrójny. Jest to punkt na wykresie fazowym, któremu odpowiada stan równowagi termodynamicznej 3 faz (stałej, ciekłej i gazowej) substancji jednoskładnikowej. Punkt potrójny wody nazywa się punktem rosy. O punkcie rosy możemy mówić, że jest to temperatura, w której przy danym ciśnieniu gazu lub mieszaniny gazów rozpoczyna się proces skraplania. W przypadku pary wodnej zawartej w powietrzu jest to temperatura, w której para wodna zawarta w powietrzu staje się przesycona i skrapla się lub resublimuje. Istnieje wiele higrometrów, które wykorzystując punkt rosy pozwalają obliczać wilgotność powietrza. Pomiary w tych higrometrach bazują na stosowanej zasadzie schłodzonego lustra i pozwalają na pomiar aktualnej wilgotności. 4.10.2. Pytania sprawdzające Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń. 1. Do czego służy higrometr? 2. Czym różni się higrometr od higrografu? 3. Do czego służy psychrometr? 4. Jak jest zbudowany psychrometr Assmana? 5. Co oznacza pojęcie: punkt rosy?


32

4.10.3. Ćwiczenia Ćwiczenie 1 Wykonaj badanie wilgotności za pomocą higrometru wykorzystującego zasadę schłodzonego lustra. Sposób wykonania ćwiczenia Aby wykonać ćwiczenie powinieneś: 1) zorganizować stanowisko pracy do wykonania ćwiczenia, 2) przeprowadzić badanie wilgotności powietrza zgodnie z instrukcją posiadanego

urządzenia, 3) zapisać wyniki swojej pracy, 4) zaprezentować wyniki swojej pracy, 5) dokonać oceny poprawności wykonanego ćwiczenia. Wyposażenie stanowiska pracy: – higrometr ze schłodzonym lustrem, – instrukcja do higrometru, – zeszyt przedmiotowy i długopis, – literatura z rozdziału 6 poradnika dla ucznia. 4.10.4. Sprawdzian postępów Czy potrafisz: Tak Nie

1) opisać zasadę działania higrometru? ¨ ¨ 2) wyjaśnić różnicę między higrometrem a higrografem? ¨ ¨ 3) opisać zasadę działania psychrometru? ¨ ¨ 4) wyjaśnić zasadę działania higrometru Assmana? ¨ ¨ 5) wyjaśnić pojęcie: punkt rosy? ¨ ¨


33

5. SPRAWDZIAN OSIĄGNIĘĆ INSTRUKCJA DLA UCZNIA 1. Przeczytaj uważnie instrukcję. 2. Podpisz imieniem i nazwiskiem kartę odpowiedzi. 3. Zapoznaj się z zestawem pytań testowych. 4. Test zawiera 25 pytań dotyczących posługiwania się podstawowymi pojęciami

fizykochemicznymi. Pytania: 1, 2, 3, 4, 5, 6 ,7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, są to pytania wielokrotnego wyboru i tylko jedna odpowiedź jest prawidłowa; pytania: 15, 16 i 17 to pytania obliczeniowe. Pytania 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24 i 25 to pytania, w których należy udzielić krótkiej odpowiedzi.

5. Udzielaj odpowiedzi tylko na załączonej karcie odpowiedzi: − w zadaniach wielokrotnego wyboru zaznacz prawidłową odpowiedź znakiem

X (w przypadku pomyłki należy błędną odpowiedź zaznaczyć kółkiem, a następnie ponownie zakreślić odpowiedź prawidłową),

− w zadaniach z krótką odpowiedzią wpisz odpowiedź w wyznaczone pole, − w zadaniach do uzupełnienia wpisz brakujące wyrazy.

6. Pracuj samodzielnie, bo tylko wtedy będziesz miał satysfakcję z wykonanego zadania. 7. Kiedy udzielenie odpowiedzi będzie Ci sprawiało trudność, wtedy odłóż jego rozwiązanie

na później i wróć do niego, gdy zostanie Ci wolny czas. Trudności mogą przysporzyć Ci pytania: 15 - 20, gdyż są one na poziomie trudniejszym niż pozostałe.

8. Na rozwiązanie testu masz 90 min. Powodzenia.


34

ZESTAW ZADAŃ TESTOWYCH 1. Międzynarodowy Układ Jednostek nazywa się :

a) SI, b) SE, c) IS, d) CS. 2. Kandela to:

a) jedna z jednostek uzupełniających układu, b) jedna z jednostek podstawowych układu, c) jedna z jednostek pochodnych układu, d) nie istnieje. 3. Które z poniższych twierdzeń jest prawdziwe:

a) błędem względnym nazywa się stosunek błędu bezwzględnego do średniej wartości mierzonej i najczęściej wyraża się go w procentach,

b) błędem bezwzględnym nazywa się stosunek błędu względnego do średniej wartości mierzonej i najczęściej wyraża się go w procentach,

c) błędem względnym nazywa się stosunek błędu bezwzględnego do najwyższej wartości mierzonej i najczęściej wyraża się go w procentach,

d) nie ma takich błędów.

4. Legalizacja ponowna to: a) pierwsza legalizacja przyrządu, b) kolejna legalizacja przyrządu, c) przypadkowa legalizacja przyrządu, d) zerowa legalizacja.

5. Twierdzenie nieprawdziwe to: a) gęstość jest stosunkiem masy ciała do jego objętości, b) gęstość jest stosunkiem objętości ciała do jego masy, c) przyrządem służącym do bezpośredniego pomiaru gęstości cieczy jest aerometr, d) twardość mierzymy metoda Wollfa- Wilborna.

6. Elastyczność powłoki to: a) zdolność do ulegania odkształceniom wraz z podłożem, b) zdolność do pękania przy odkształceniach, c) zdolność do sprężynowania i utraty przyczepności, d) zdolność do utraty masy.

7. Przepływ laminarny to przepływ, dla którego liczba Reynoldsa jest: a) < 2300, b) > 2300, c) < 4500, d) >1500.


35

8. Do pomiaru temperatury służą: a) termoplasty, b) termometry, c) manometry, d) zegary.

9. Punkt rosy to: a) punkt równowagi fazowej 3 faz, b) punkt ujemnych temperatur, c) punkt dodatnich temperatur, d) punkt niskich ciśnień.

10. Twierdzenie nieprawdziwe: a) masowe natężenie przepływu= masa/czas, b) objętościowe natężenie przepływu= objętość/czas, c) masowe natężenie przepływu = czas/masa, d) zegar mierzy czas.

11. Do budowy poziomicy wykorzystywane jest zjawisko: a) oczyszczania i koagulacji lateksu, b) pokrywania metali farbami, żywicą lub gumą, c) naczyń połączonych, d) nakłuwania. 12. Pierwsze próby badania wilgotności przeprowadził:

a) Kopernik, b) Leonardo da Vinci, c) Nostradamus, d) Alex von Bohn.

13. Stożki Segera służą do: a) pomiaru długości, b) pomiaru temperatury, c) pomiaru ciśnienia, d) pomiaru masy.

14. Proces sublimacji polega na: a) przejściu ze stanu stałego w ciecz, b) przejściu ze stanu ciekłego w gaz, c) przejściu ze stanu stałego w gaz, d) nie ma takiego procesu.

15. Oblicz gęstość produktu, którego 1 dm3 waży 1,34 kg.

.............................................................................................................................................

.............................................................................................................................................

.............................................................................................................................................


36

16. Zmierzono przymiarem milimetrowym długość deski l= 400 mm oraz grubość d= 4mm. W przypadku pomiaru długości deski pomylono się o +/- 1mm na 400 mm, w przypadku grubości pomylono się również o 1 mm na 4 mm. Pierwszy pomiar jest więc dokładniejszy. Oblicz błąd względny długości i grubości deski. ..........................................................................................................................................

... ..........................................................................................................................................

... ..........................................................................................................................................

... ..........................................................................................................................................

... ..........................................................................................................................................

... ..........................................................................................................................................

... 17. Oblicz gęstość drewna, z którego wykonano przedmiot o masie 40 gram i objętości

60 cm3. ..........................................................................................................................................

... ..........................................................................................................................................

... ..........................................................................................................................................

... ..........................................................................................................................................

... ..........................................................................................................................................

... ..........................................................................................................................................

... 18. Wymień składniki zmienne powietrza.

..............................................................................................................................................

.............................................................................................................................................

.............................................................................................................................................

.............................................................................................................................................

.............................................................................................................................................

19. Opisz zjawisko punktu rosy.

.............................................................................................................................................

.............................................................................................................................................


37

.............................................................................................................................................

.............................................................................................................................................

.............................................................................................................................................

.............................................................................................................................................

20. Wymień znane ci rodzaje urządzeń do badania temperatury.

.............................................................................................................................................

.............................................................................................................................................

.............................................................................................................................................

.............................................................................................................................................

.............................................................................................................................................

.............................................................................................................................................

21. Jak nazywa się urządzenie do pomiaru wilgotności? ............................. 22. Jak nazywa się przyrząd do pomiaru temperatury?

............................. 23. Jak nazywa się urządzenie do pomiaru gęstości cieczy?

...................................... 24. Jak nazywa się błąd pomiaru spowodowany chwilowymi odchyleniami?

....................................... 25. Jak nazywa się urządzenie do badania lepkości? ......................................


38

KARTA ODPOWIEDZI Imię i nazwisko.......................................................................................... Wykonywanie pomiarów laboratoryjnych. Zakreśl poprawną odpowiedź, wpisz brakujące wyrazy.

Nr zadania Odpowiedź Punkty

1. a b c d 2. a b c d 3. a b c d 4. a b c d 5. a b c d 6. a b c d 7. a b c d 8. a b c d 9. a b c d 10. a b c d 11. a b c d 12. a b c d 13. a b c d 14. a b c d

15.

.....................................................................................................

.....................................................................................................

.....................................................................................................

.....................................................................................................

............

16.

.....................................................................................................

.....................................................................................................

.....................................................................................................

.....................................................................................................

............

17. ................................................................................................................................................................................................................

18.

.....................................................................................................

.....................................................................................................

.....................................................................................................

.....................................................................................................

.....................................................................................................

...............

19. ................................................................................................................................................................................................................


39

20.

.....................................................................................................

.....................................................................................................

.....................................................................................................

.....................................................................................................

.....................................................................................................

.....................................................................................................

.....................................................................................................

.....................

21. ...................................... 22. ...................................... 23. ...................................... 24. ...................................... 25. .....................................

Razem:


40

6. LITERATURA 1. Calus H.: Podstawy obliczeń chemicznych WNT, Warszawa 1978 2. Ciszewski A., Kapuścińska G., Kochanowski S., Midera S., Gałczyński R., Lakiernictwo

samochodowe w Polsce, SIMP ZORPOT, Łódź, 2000 3. Kabzińska K.: Chemia organiczna dla techników, WSiP, Warszawa 1990 4. Karpiński W.: Chemia fizyczna dla techników, WSiP, Warszawa 1998 5. Kępczyński K.: Sprężone powietrze. Uzdatnianie, Nowoczesny Warsztat, 3/02 6. Orzelowski S. (red.), Praca zbiorowa. Powłoki malarsko lakiernicze. Poradnik. WNT,

Warszawa 1983 7. Pokrasen A. (red), Praca zbiorowa. Pokrycia ochronne i dekoracyjne. Poradnik. WNT,

Warszawa 1983 8. Reyner B. (red), Praca zbiorowa. Mały poradnik mechanika, WNT, Warszawa 1994 9. Sydow K., Schaeden am Autolack, leitfaden zur Beurteilung und Beseitigung,

VINCENTZ, Hannover, 1995

Education

3.Wykonywanie pomiarów laboratoryjnych