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.

Ареометр

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

Об’ємомір‎

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.

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 являє собою скляну посудину з міткою об’ємами від1 до 100 мл. Пікнометр (від др.-греч. Πυκνός - «щільний» і μετρέω - «вимірюю») - физикохімічний прилад, скляна посудина спеціальної форми і певної місткості, що застосовується для вимірювання щільності речовин, в газоподібному, рідкому і твердому станах. Пікнометр був винайдений Дмитром Івановичем Менделєєвим в 1859 році. 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.

---

• Визначення густини на вагах Вестфаля-Мора.

Ваги мають коромисло, скляний поплавок, який поміщають в циліндр з аналізуючою речовиною, на одному плечі коромисла є противага і стрілка, яка в момент рівноваги встановлюється вертикально, чи на нуль. На другому кінці нанесено 10 поділок на, які навішуються різноважки. Поміщають аналізуючий розчин і добиваються за допомогою різноважок нуля, знімають покази густини.