Легендарная история измерений плотности
История измерения плотности начинается с рассказа об Архимеде, который получил задание определить, не присвоил ли золотых дел мастер золото при изготовлении короны для царя Гиерона Второго. Царь подозревал, что корона была сделан из сплава золота и серебра. В те времена ученые уже знали, что плотность золота примерно вдвое больше плотности серебра. Но чтобы проверить состав короны, нужно было рассчитать ее объем.
Теоретически корону можно было бы смять в куб, объем которого можно было бы легко рассчитать и сравнить с массой. И исходя из плотности определить золото ли это. Но царь бы не одобрил такого подхода.
Архимед принял ванну и по подъему воды на входе в нее заметил, что он может вычислить объем золотой короны по объему вытесненной воды. После этого открытия он выпрыгнул из ванны и побежал голым по улицам с криками: «Эврика! Эврика!» По-гречески «Εύρηκα!», — означало: «Я нашел».
Архимед, вычислил объем воды, вытесненный короной и объем воды, вытесненный золотым слитком той же массы, что и корона. В результате эксперимента корона вытеснила больше воды. Оказалось, что она была сделана из менее плотного и более легкого материала, чем чистое золото. В итоге ювелира уличили в обмане.
В результате появился термин «эврика», который стал популярным и используется для обозначения момента просветления или инсайта.
Теплопроводность воды в зависимости от температуры и давления
В таблице приведены значения теплопроводности воды и водяного пара при температурах от 0 до 700°С и давлении от 1 до 500 атм.
Как известно, вода при атмосферном давлении закипает и переходит в пар при температуре 100°С. Коэффициент теплопроводности воды в этих условиях равен 0,683 Вт/(м·град). При увеличении давления растет и температура кипения воды (закон Клапейрона — Клаузиуса). По данным таблицы видно, при давлении в 100 раз выше атмосферного (100 бар) вода находится в виде пара при температуре от 310°С и имеет теплопроводность 0,523 Вт/(м·град).
Таким образом, следует отметить, что изменение давления влияет как на температуру кипения воды, так и на величину ее теплопроводности. Высокая теплопроводность воды достигается за счет роста давления — при повышении давления коэффициент теплопроводности воды увеличивается. Например, при давлении 1 бар и температуре 20°С вода имеет теплопроводность, равную 0,603 Вт/(м·град). При росте давления до 500 бар теплопроводность воды становится равной 0,64 Вт/(м·град) при этой же температуре.
Примечание: Черта под значениями в таблице означает фазовый переход воды в пар, то есть цифры под чертой относятся к пару, а выше ее — к воде. Теплопроводность в таблице указана в степени 10 3 . Не забудьте разделить на 1000! Размерность теплопроводности воды в таблице Вт/(м·град).
Источник
Определение массы и плотности жидкостей
Определение массы жидкостей, кроме непосредственного взвешивании. — с известной погрешностью можно производить объемным методом — с помощью пипеток, бюреток, мерных цилиндров, колб, мензурок и т. п. по формуле:
m = Vp
где m — масса жидкости, г; V — ее объем, см3; р—плотность жидкости, г/см3.
Плотность жидкостей и растворов находят по справочным таблицам или определяют самостоятельно. В лабораторной практике наибольшее распространение получили два метода определения плотности: 1) определение степени погружения денсиметра з жидкость; 2) взвешивание жидкости в сосуде известного объема.
При определении плотности с помощью денсиметр а последний погружают в цилиндр с жидкостью, термостатированной при определенной температуре, обычно при 20 или 15 °С. (рис. 25).
Для измерения температуры жидкости используют термометр с ценой деления не менее 0,5°С: неточность в измерении температуры в 1°С дает ошибку в значении плотности до 0,1%. Шкала денсиметров проградупрозана непосредственно в единицах плотности. Значение плотности жидкости считывают по делению шкалы, находящемуся на одном уровне с мениском жидкости.
Рис. 21. Определение плотности жидкости с помощью денсиметра.
Цена деления таких денсиметров 0,001 г/см3, а весь набор охватывает интервал плотностей от 0,700 до 1,840 г/см3. Иногда удобнее пользоваться приборами, шкала которых проградуирована в единицах концентрации для растворов определенных веществ. Такие приборы принято называть ареометрами.
В тех случаях, когда количество жидкости, находящейся в распоряжении экспериментатора, слишком мало, ее плотность определяют посредством пикнометров— небольших (от 1 до 100 мл) мерных колб.
На каждый находящийся в работе пикнометр должен быть нанесен номер титановым карандашом и заведена индивидуальная карточка, в которую закосят его точную массу (взвешивают чистый сухой пикнометр вместе с пробкой на аналитических весах) и значение «водной константы». Водная константа — эта масса воды в объеме пикнометра, приведенная к массе воды при 4 °С (температура, при которой плотность воды равна 1 г/см3).
С целью определения водной константы нового пикнометра его тщательно моют и заполняют предварительно прокипяченной (для удаления растворенного воздуха) дистиллированной водой немного выше метки.
Наполненный пикнометр выдерживают в течение 20 мин в водяном термостате при 20°С, после чего с помощью капилляра или тонких полосок фильтровальной бумаги отбирают лишнюю воду, доводя ее уровень в шейке пикнометра до метки по нижнему краю мениска. Верхнюю часть шейки пикнометра и шлиф протирают досуха кусочком фильтровальной бумаги, закрывают пикнометр пробкой, тщательно вытирают его снаружи, обсушивают 20—25 мин, после чего взвешивают на аналитических весах. Вычитая из массы пикнометра с водой массу сухого пикнометра получают массу воды в объеме пикнометра при 20 °С. Частное от деления полученного значения на 0,99823 г (масса 1 мл воды при 20 °С) и есть водная константа пикнометра.
При определении плотности какой-либо жидкости проделывают тс же операции, что и при определении водной константы. Для вычисления относительной плотности вещества d массу жидкости в объеме данного пикнометра делят на величину его водной константы
К оглавлению
см. также
- Правила работы с весами
- Определение массы и плотности жидкостей
Измерение плотности жидкости путем обратного выталкивания
Принцип работы метода заключается в том, что плотность неизвестной жидкости рассчитывается на основе показаний плотнометра. Плотнометр представляет собой плавающее устройство, которое погружается в жидкость и поддерживается в вертикальном положении благодаря плавучести. Плотность жидкости определяется по глубине погружения плотнометра в жидкость.
Для измерения плотности жидкости путем обратного выталкивания, необходимо выполнить следующие шаги:
- Наполнить один из сосудов известной плотностью жидкостью.
- Погрузить плотнометр в известную жидкость и зафиксировать показания на шкале.
- Перелить известную жидкость во второй сосуд.
- Погрузить плотнометр в неизвестную жидкость и зафиксировать показания на шкале.
- Рассчитать плотность неизвестной жидкости с помощью формулы, учитывая показания плотнометра и известные плотности обеих жидкостей.
Измерение плотности жидкости путем обратного выталкивания является относительно простым и доступным способом определения плотности. Однако, для достижения более точных результатов, необходимо учесть различные факторы, влияющие на точность измерения, такие как температура жидкости и погрешности при считывании показаний плотнометра.
Описание метода
Метод плавучести основан на принципе Архимеда, который гласит, что любое тело, погруженное в жидкость, испытывает под действием силы Архимеда поддержку, равную весу вытесненной жидкости. Используя этот принцип, можно определить плотность жидкости.
Для проведения данного метода необходимо иметь чашу, наполненную жидкостью, и плотные образцы известных плотностей. Сначала измеряется масса пустой чаши. Затем в чашу погружается образец и фиксируется масса чаши с образцом. Путем вычитания массы пустой чаши из массы чаши с образцом можно определить массу самого образца.
Далее проводятся измерения плавучести образца. Для этого чаша с образцом погружается в жидкость до полного погружения, после чего измеряется масса жидкости, вытесненной чашей с образцом. Зная массу жидкости и массу образца, можно определить объем вытесненной жидкости.
Итак, имея массу образца и объем вытесненной жидкости, можно рассчитать плотность жидкости по формуле:
Плотность жидкости = Масса образца / Объем вытесненной жидкости
Таким образом, метод плавучести позволяет определить плотность жидкости с высокой точностью и дает возможность контролировать качество и состав различных веществ.
Шаги измерения путем обратного выталкивания
Шаги для определения плотности жидкости с помощью метода обратного выталкивания представляют собой следующий процесс:
| Шаг 1: | Наполните сосуд известным объемом жидкости и измерьте массу сосуда с этой жидкостью. Запишите полученные значения. |
| Шаг 2: | Погрузите погружаемый предмет (например, шарик) в жидкость в сосуде и позвольте ему полностью остаться под водой. Измерьте массу сосуда вместе с погруженным предметом. Запишите полученные значения. |
| Шаг 3: | Определите изменение массы сосуда после погружения предмета путем вычитания массы сосуда без предмета из массы сосуда с предметом. Запишите это значение. |
| Шаг 4: | Определите объем погруженного предмета, используя известное соотношение между массой и объемом. Например, для шарика, который можно считать сферическим, можно использовать формулу V = (4/3) * π * r^3, где V — объем, π — число Пи (приближенно равно 3.14), r — радиус шарика. Запишите полученное значение оъема. |
| Шаг 5: | Определите плотность жидкости, используя формулу плотность = масса / объем. Запишите полученное значение плотности. |
Повторите эти шаги несколько раз для повышения точности измерений и усреднения результатов. Таким образом, вы сможете определить плотность жидкости с использованием метода обратного выталкивания.
Практическое применение плотности жидкости
| Область применения | Примеры |
|---|---|
| Медицина | Определение плотности крови позволяет оценить ее состав и функционирование организма. Это помогает диагностировать различные заболевания и контролировать лечение. |
| Химическая промышленность | Знание плотности химических реагентов и продуктов является важным при проектировании и контроле химических процессов. Оно позволяет оптимизировать производство и предотвращать потенциальные аварии и несоответствия. |
| Нефтегазовая отрасль | Масса нефти и газа, а также их перемещение и управление, зависят от плотности этих веществ. Знание плотности позволяет оценивать объемы запасов, проектировать и строить нефтегазовые сооружения и эффективно использовать эти ресурсы. |
| Пищевая промышленность | Определение плотности различных ингредиентов и продуктов позволяет управлять и контролировать качество пищевых продуктов, обеспечивать стабильность вкуса и текстуры, а также разрабатывать новые рецепты и технологии производства. |
| Строительство | Знание плотности строительных материалов, таких как бетон, асфальт, керамика и другие, позволяет оценить их прочность и устойчивость, а также правильно расчитывать конструкции зданий, дорог и других сооружений. |
Это лишь некоторые из множества областей, в которых плотность жидкости играет важную роль. Знание и умение применять эту характеристику позволяет решать широкий спектр задач и обеспечивать эффективность и надежность в различных отраслях.
Определение — масса — жидкость
|
Схема слива жидкостей из цистерн насосами. |
Определение массы жидкости в цистерне обычно производится методом определения объема продукта с последующим переводом в единицы массы.
В принципе калибровка заключается в определении массы жидкости известной плотности, влитой в данный сосуд или вылитой из него. Хотя это выглядит слишком просто, при калибровке необходимо контролировать ряд важных переменных. Важнейшей из них является температура, влияние которой проявляется двояко. Изменение температуры главным образом сказывается на изменении объема, занимаемого данной массой жидкости. Кроме того, изменяется объем самого сосуда вследствие способности стекла расширяться или сжиматься при изменении температуры.
|
Блок-схема системы Утро-2. |
Устройство Радиус — М предназначено для определения массы жидкости в группе до десяти вертикальных резервуаров высотой до 18 м путем измерения гидростатического давления столба жидкости при давлении в газовом пространстве резервуаров до 0 004 МПа. Данные замеров могут быть получены непосредственно на месте и дистанционно с последующей электронно-цифровой индикацией результатов и выдачей сигналов в систему телемеханики.
После определения водного числа приступают к определению массы жидкости в пикнометре. Для этого его опорожняют, 2 — 3 раза ополаскивают исследуемой жидкостью, затем снова наполняют, выдерживают при определенной температуре и устанавливают точный объем жидкости так же, как описано выше. После обтирания пикнометра внутри шейки над уровнем жидкости и снаружи его взвешивают и определяют массу жидкости в объеме пикнометра.
Погрешность измерения расхода ( ее среднее значение) вычислим через погрешность определения массы жидкости в пробке, учитывая при этом зависимость погрешности измерения текущего расхода от его величины.
|
Иллюстрация к определению фазового состава трехфазных смесей. |
Сторона ае ( а также be) является, следовательно, масштабом для определения массы жидкости в трехфазном сплаве.
В работе показано, что наиболее приемлемыми являются деформационный и пьезометрический способы определения массы жидкости.
Необходимость точного измерения трех величин — уровня жидкости, плотности и температуры — затрудняет определение массы перевозимой жидкости с высокой точностью, которая обеспечивается, например, взвешиванием цистерны на рычажных весах.
Обзор и проведенный анализ существующих методов количественного учета жидкостей в резервуарах показывают, что по условиям достижения требуемой точности измерения, возможности полной автоматизации товарно-учетных операций, простоты и надежности первичных преобразователей, относительно малой стоимости устройства группового измерения массы, пр о-стоты определения массы жидкости по показаниям измерительных; приборов при современных достижениях измерительной техники.
При поверке счетчиков весовым методом сначала определяют массу тары ( бака), установленной на весах, а затем массу тары с жидкостью. Возможная погрешность определения массы жидкости равна корню квадратному из суммы квадратов погрешностей, возможных при каждом взвешивании. Отсюда следует, что погрешность определения массы жидкости всегда больше, чем погрешность взвешивания.
Заводами выпускаются системы, позволяющие вести автоматизированный учет нефти и. Устройство Радиус М предназначено для определения массы жидкости пьезометрическим методом. В этом случае масса определяется по гидростатическому давлению жидкости на определенном уровне, относительно которого ведется измерение. Устройство Радиус М может последовательно обслуживать до десяти резервуаров.
Различают приборы измерения первичные, установленные непосредственно в местах измерения параметров. К таким приборам относятся термометры, манометры, уровнемеры, диафрагмы-расходомеры, счетчики расхода газа и жидкости, весы для определения массы жидкостей, сыпучих и твердых тел и другие аналогичные приборы.
Как рассчитать плотность жидкости?
Для расчета плотности жидкости необходимо знать массу этой жидкости и ее объем. Величина плотности обычно обозначается символом «ρ» (ро).
Формула для расчета плотности жидкости выглядит следующим образом:
ρ = m / V
где:
ρ — плотность жидкости;
m — масса жидкости;
V — объем жидкости.
Для использования данной формулы необходимо знать значения массы и объема жидкости. Массу можно измерить с помощью весов или другого специального оборудования. Объем жидкости можно измерить с помощью цилиндра с масштабной разметкой или других специальных устройств.
Рассчитав плотность жидкости согласно указанной формуле, можно получить важную информацию о свойствах этой жидкости. Плотность является одним из ключевых показателей для определения поведения жидкости при взаимодействии с другими телами или при изменении условий окружающей среды.
Как рассчитать плотность жидкости формула из давления
Таким образом, плотность этой жидкости составляет 0,5 грамма на кубический сантиметр. Для расчета плотности жидкости необходимо знать её массу и объем. Массу можно измерить, используя весы, а объем можно рассчитать, зная габариты сосуда, в котором находится жидкость.
Цилиндр перед заполнением жидкостью необходимо вымыть и высушить
После выравнивания температур жидкости и воздуха в нее осторожно опускают ареометр, взяв его двумя пальцами за верхний конец трубки. Ареометр при опускании не должен задевать стенки цилиндра
Его не выпускают из пальцев до тех пор, пока отметка шкалы ожидаемой плотности не окажется на 3-5 мм выше уровня жидкости и не появится уверенность в том, что ареометр плавает. Если его отпустить преждевременно, то при быстром погружении в жидкость он ударится о дно цилиндра и может разбиться. Такое случается при неправильном выборе ареометра для исследуемой жидкости. При погружении ареометра жидкость не должна смачивать верхнюю трубку намного выше отметки измеренной плотности. В противном случае показания ареометра будут неточными.
Погруженный ареометр выдерживают в жидкости 3-4 мин для выравнивания температур и определяют показания по нижнему краю мениска 2 рис. Об этом должно быть сказано в паспорте. Если такого указания нет, то ареометр следует проверить либо по образцовому ареометру, либо по показаниям пикнометрической табличной плотности известной жидкости. Для сравнения показаний используемого и образцового ареометров их погружают в жидкость, находящуюся в одном цилиндре, причем ареометры не должны соприкасаться друг с другом. Ареометры после использования обмывают водой, а затем этанолом, если их опускали в водные растворы веществ, или бензином, тетрахлоридом углерода и ацетоном, если исследуемая жидкость была органической.
Например, знание плотности нефтепродуктов позволяет определить их вязкость и способность распространяться по трубопроводам. Масса измеряется в килограммах, а объем — в кубических метрах. Точное значение плотности жидкости может быть получено с помощью специальных приборов, таких как гидрометры или пикнометры. Однако, данные формулы предоставляют простой и быстрый способ оценить плотность жидкости. Как измерить плотность жидкости в лабораторных условиях? Один из наиболее распространенных методов — использование пикнометра. Пикнометр является специальным стеклянным сосудом с точно измеренным объемом. Сначала пикнометр взвешивается пустым и затем с наполненной жидкостью.
Массу может быть проще измерить с помощью весов, а объем может быть измерен с помощью градуированной пробирки или уровнем жидкости в сосуде. Таким образом, плотность этой жидкости составляет 0,5 грамма на кубический сантиметр. Для расчета плотности жидкости необходимо знать её массу и объем.
Определение плотности и ее значение для жидкостей
Плотность жидкости является одним из ключевых параметров, описывающих ее физические свойства. Зная плотность жидкости, можно рассчитать ее массу, объем, а также прогнозировать поведение в различных условиях.
Значение плотности жидкости зависит от ее состава и условий, в которых она находится. Для большинства чистых веществ при нормальных условиях температуры и давления плотность меняется мало. Например, плотность воды при температуре 20 °C составляет примерно 1000 кг/м³. Однако, для некоторых жидкостей, таких как растворы солей или органических соединений, плотность может сильно изменяться в зависимости от концентрации и температуры.
Знание плотности жидкости имеет большое практическое значение в различных областях науки и промышленности. Например, в медицине плотность крови может служить индикатором здоровья пациента, а в химической промышленности плотность использована для контроля качества веществ.
Плотность жидкости может быть определена экспериментально с помощью гравиметрического или динамического методов. Также, существует ряд эмпирических формул и таблиц, которые позволяют приближенно определить плотность жидкости на основе ее химического состава.
Важно помнить, что плотность жидкости может меняться в зависимости от условий, в которых происходит измерение или эксперимент. Поэтому, при рассчетах и прогнозах всегда стоит учитывать возможные изменения плотности
Зная плотность жидкости, мы можем легко рассчитать ее массовую концентрацию, объемные доли компонентов, а также использовать эту информацию для принятия различных решений в научных и практических задачах, связанных с жидкостями.