Методи вимірювання густини
Густина - один з головних показників, що визначає якість продукту і входить до показників нормованих нормативно-технічною документацією.
Густина – це маса рідини, яка знаходиться в одиниці об’єму її визначають в кілограмах або градусах ареометра (оА). Градуси ареометра отримують відкинув перші дві цифри від значення густини.
Арео́метр ( грец. αραιος — рідкий і μετρον — міра) — прилад (статичний густиномір) для вимірювання густини рідин за виштовхувальною силою, яка діє на тіло, що частково або повністю занурене в рідину, і яка зрівноважена вагою тіла та (чи) грузилами відомої маси. А. оснований на законі Архімеда. Застосовують А. постійної маси (денсиметр) і А. постійного об'єму, які можна застосовувати для вимірювання густин рідин (див. денсиметрія) та твердих тіл (за об'ємом витісненої рідини і масою тіла).
Середня густина є фізичною величиною, яка визначається відношенням маси тіла або речовини до всього зайнятого ним (нею) об’єму , включаючи пори та пустоти:
[math]p=\frac{m}{V}[/math]
Середня густина найчастіше вимірюється в кілограмах на кубічний метр (кг/м3), проте можна також використовувати одиниці г/см3 та т/м3. У разі потреби середню густину встановлюють для матеріалів, що перебувають у будь-якому стані: зволоженому, повітряно-сухому або сухому (тобто висушеному до сталої маси).
Визначаючи середню густину, масу поруватих або насипних матеріалів встановлюють звичайним зважуванням, а об’єм різними методами, такими, як в об’ємомірі за об’ємом витісненої інертної рідини або за допомогою газового об’ємоміра.
Насипна густина є відношенням маси сипкого матеріалу до його об’єму, включаючи простір між частинками. ЇЇ визначають для зернистих і порошкоподібних матеріалів. У ряді випадків використовують поняття відносної густини , тобто відношення густини матеріалу до густини стандартної речовини (наприклад, води, для якої = 1000 кг/м3 при 20 оС); є безрозмірною величиною.
Середня густина залежить від хімічного та мінералогічного складів матеріалу, але більшою мірою – від величини та кількості пор і пустот. Чим їх більше, тим легшим є матеріал. З підвищенням вологості показник збільшується. Середня густина має велике практичне значення для виконання різних розрахунків (обсягів транспортування, складування матеріалів тощо). Вона є тісно пов’язаною з іншими властивостями будівельних матеріалів, такими як пористість, міцність, теплопровідність, водонепроникність та інші, що дає змогу за показником орієнтуватися, де можна використовувати матеріал у будівництві або промисловості.
Визначення густини засновано на законі Архімеда, за яким на об’єкт занурений в рідину діє виштовхуюча сила, яка дорівнює масі витісненої їм рідини. Густина рідинних харчових продуктів складається з густини його складових частин і відбиває їх кількісне співвідношення.
- Метод визначення густини насипних та пористих матеріалів
за допомогою газового об’ємоміра
Принцип дії газового об’ємоміра заснований на законі Бойля – Маріотта. Газовий об’ємомір складається з металевого робочого балона А, приєднаної до нього знизу скляної колби В, довгої манометричної трубки М та допоміжного резервуара Р, заповненого водою. Балон А герметично закривається кришкою з краном К. Всередині цього балона встановлюється відерко, в яке поміщують досліджувану речовину. Скляна колба В має дві мітки – одну знизу, другу – вгорі, тоді об’єм поміж мітками вказаний на стінці колби. Переміщуючи резервуар у вертикальному напрямі, можна змінювати рівень води в резервуарі та манометрі..jpg)
Для визначення об’єму речовини , яка поміщена у балон А, треба знайти об’єм повітря в цьому балоні спочатку без досліджуваної речовини , а потім разом з нею . Об’єм речовини дорівнює, очевидно, різниці виміряних об’ємів. За законом Бойля – Маріотта маємо:
[math](V_{0}+V_{1})p_{0}=V_{1}(p_{1}+yh_{1})[/math]
де [math]V_{0}[/math] об’єм скляної колби В між мітками;
[math]V{1}[/math] об’єм балона А
[math]p_{1}[/math] атмосферний тиск;
[math]h_{1}=H_{2}-H_{1}[/math] різниця рівнів в манометрі М;
[math]y[/math] питома вага води.
тоді [math]V_{1}=\frac{p_{V{0}p_{0}}}{yh}_{1}[/math]
Аналогічно можна записати для балона з досліджуваною речовиною:
[math]V_{2}=\frac{p_{0}V_{0}}{yh}_{2}[/math]
Тоді об’єм досліджуваної речовини:
[math]V=\frac{p_{V{0}p_{0}}}{yh}_{1}-\frac{p_{0}V_{0}}{yh}_{2}={\frac{p_{0}V_{0}}y}(\frac{1}h_{1}-\frac{1}h_{2})[/math]
А густина досліджуваної речовини знаходиться як відношення маси, виміряної за будь-яким із методів вимірювання маси, до знайденого об’єму.
- Визначення густини пікнометричним методом.
Пікнометр промивають хромовою сумішшю, дистильованою водою, спиртом, висушують у сушильній шафі при температурі 100˚С, охолоджують в ексикаторі і зважують до 0,0002 г до постійної маси, а потім його калібрують. Для цього наповнюють дистильованою водою витримують термостат при 20˚С, доводять воду на шийці до мітки за допомогою полосок фільтрувального паперу, закривають кришкою і зважують, із 6-7 результатів беруть такий, які відрізняються на 0,005 г. Знаходять об’єм пікнометра:
V = g2 – g1/0.99823
g1 – маса пустого пікнометра;
g2 – маса пікнометра з водою;
0.99823 – маса 1 см води при температурі 20˚С.
Воду виливають, сполоскують спиртом, висушують у сушильній шафі при температурі 100˚С, охолоджують, наливають аналізуючи рідину вище мітки, поміщають в термостат при температурі 20˚С, витримують 15-20 хв за допомогою полосок фільтрувального паперу доводимо до мітки, зважуємо і знаходимо густину при температурі 20˚С:
= g2 – g1/V
V - об’єм пікнометра.
Для темних продуктів рівень рідини в пікнометрі встановлюють по верхньому меніску, а для світлих по нижньому.
Недоліком пікнометрів є неминуча нещільність шліфа термометра і ковпачка бічної трубки, особливо небажана в тому випадку, якщо температура при зважуванні вище температури пікнометра при його заповненні.
- Визначення густини на вагах Вестфаля-Мора.
Визначення густини з точністю до третього десяткового знака. Визначення вологи Наявність вологи в органічних сполуках проводять за допомогою проби на потріскування. Органічну сполуку нагрівають, якщо чути потріскування то це говорить про те, що в маслі, спирті, паливі міститься волога, якщо речовина тверда то вологу визначають методом висушування до постійної маси в сушильні шафі при температурі на 10 яний фотометр, знімаючи показники приладу і по графіку знаходять концентрацію калію в аналізую чому розчині. Вимірюють з повтором, одержують другий результат. За результат аналізу приймають середнє арифметичне значення двох визначень, розподіл між якими не перевищує 5%. Масову долю калію в перерахунку на калій – 20, вираховують за формулою: X = C1 C2 / 2 (100 500 200 1.205 / 5 ) % 1.205 – коефіцієнт перерахунку К2О – маса наважки аналізуючої проби C1 – C2 – концентрація калію одержаного по калібрувальному графіку.
- Визначення густини твердого тіла гідростатичним зважуванням
Для визначення густини твердого тіла гідростатичним зважуванням тіло спочатку зважують у повітрі, а потім у рідині, густина якої відома. Умови рівноваги терезів при цих зважуваннях, з врахуванням сили Архімеда такі:
[math]{mg}-{Vp_{n}}={m_{1}g}-{V_{1}p_{n}g}[/math]
[math]{mg}-{Vp_{n}}={m_{2}g}-{V_{2}p_{n}g}[/math]
де m,m1 ,m2 — відповідно маса досліджуваного тіла та маси гир, що зрівноважують тіло в повітрі і рідині; V,V1 ,V2 - об'єми тіла і гир (останні відповідають масам m1 і m2); р — густини повітря і рідини; g — прискорення вільного падіння.
.jpg)
здійснюють на технічних першого класу або аналітичних терезах. Терези доповнюються спеціальним пристроєм. До однієї шальки терезів знизу прикріплюють підвіс з гачком , який вільно проходить через отвори в основі вітрини терезів і в столі. Підвіс зрівноважується тягарцем, поміщеним на другу шальку. Коли тіло зважують у рідині, його прикріплюють на тонкій відповідної довжини прямій дротині (щоб зменшити вплив поверхневого натягу). Рекомендується занурювати дротину в рідину до 15 мм (щоб вага дротини в рідині була мінімальною). Гідростатичне зважування забезпечує краще термостатування і більш точне вимірювання температури рідини порівняно з пікнометричним методом. У масових лабораторних вимірюваннях густини широкого поширення набули менш точні спеціальні терези — гідростатичні терези ВГ-2, або «терези Мора — Вестфаля». Вони складаються з опорної частини (колонки 17, основи 1 з двома гвинтовими ніжками 2 для правильного встановлення їх за виском 3, всередині колонки розміщено висувний стержень 15, який фіксується в потрібному положенні рукояткою 16, стержень має вилку 14, в якій закріплена опорна подушка коромисла і нерухомий покажчик у вигляді дзеркальної шкали 5 з нулем посередині), коромисла, поплавка і набору гир — рейтерів. Коромисло 10 — нерівноплечий важіль, який спирається призмою 11 на опорну подушку. На правому кінці коромисла закріплена вантажопідйомна призма, до якої підвішено сергу 13 з гачком. До гачка на константанові й дротині 18 підвішено скляний поплавок.
Одним з основних джерел похибок при гідростатичному зважуванні твердої речовини є вплив поверхневого натягу і в'язкості рідини, що знижує чутливість терезів. Крім того, метод ускладнюється тим, що потрібна спеціальна підготовка твердої речовини, яка не повинна включати навіть дрібних пухирців повітря і не мати порожнечі і тріщини. Якщо терези з поплавцем калібрувалися при 20 0 С, то припустимі відхилення температури рідини ±5 0 С не вимагають спеціальних виправлень.
