ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПЛОТНОСТИ ЖИДКОСТИ

определяется по формуле

.

Масса тела определяется на аналитических весах с высокой точностью. Определение объема тела со столь же высокой точностью требует применения специальных методик. В случае с жидкостью ее объем задается пикнометром.

Пикнометр (рис.1) представляет собой сосуд определенного объема, выполненный из кварцевого стекла. Узкое горлышко пикнометра закрывается плотно притертой стеклянной пробкой. Примерно в средней части горлышка имеется специальная метка, до которой пикнометр заполняется жидкостью. Заполняя пикнометр последовательно эталонной и исследуемой жидкостями и производя взвешивание пустого и заполненного жидкостью пикнометра, получают необходимые данные для определения плотности исследуемой жидкости.

При заполнении нужно следить за тем, чтобы внутри пикнометра не оставались пузырьки воздуха, для чего лучше всего при заполнении заставлять жидкость стекать по стенкам. После этого с помощью фильтровальной бумаги пикнометр должен быть тщательно вытерт снаружи.и затем на некоторое время поставлен в сушильный шкаф. Перед взвешиванием необходимо убедиться в том, что нижняя часть мениска жидкости совпадает с меткой на горлышке пикнометра. Излишки жидкости отбираются фильтровальной бумагой, свернутой тонкой трубочкой, недостающую жидкость вводят каплями с помощью стеклянной палочки. С кончика стеклянной палочки капиллярные силы (силы поверхностного натяжения) втягивают каплю внутрь жидкости.

Необходимо помнить, что плотность жидкости и объем пикнометра изменяются при изменении температуры, и стремиться к тому, чтобы измерения с эталонной и исследуемой жидкостью выполнялись при одной и той же температуре. Температуру, при которой проводятся измерения, необходимо фиксировать термометром и заносить в журнал наблюдений. Для поддержания заданной температуры можно использовать термостат, заполненный прозрачной жидкостью, например, водой или каким-либо спиртом с высокой температурой кипения.

Измерения плотности проводят в три этапа. На аналитических весах:

1) определяют массу пустого пикнометра – m_o;

2) определяют массу пикнометра, заполненного эталонной жидкостью, например дистиллированной водой – m_эт;

3) определяют массу пикнометра, заполненного исследуемой жидкостью – m.

Предварительную оценку плотности исследуемой жидкости можно провести по формуле

..(2)

Приведенная формула (2) не может быть использована при прецизионных измерениях, так как не учитывает действие на взвешиваемые тела выталкивающей силы (силы Архимеда) воздуха.

Учет силы Архимеда приводит к более точной формуле:

. (3)

В формулу (3) входит плотность воздуха при температуре взвешивания. При комнатной температуре можно принять, что r_о = 1, 2 кг/м³. При других температурах плотность воздуха можно определить по уравнению Менделеева-Клапейрона

. (4)

В приведенной формуле (4) P – атмосферное давление, выраженное в паскалях; m = 0, 0289 кг/моль– молярная масса воздуха; T – абсолютная температура; R универсальная газовая постоянная R = 8, 314 Дж/моль К

При условии равновесия весов в каждом из трех опытов получим

1)

2)

3)

В приведенных соотношениях m¢ _o – масса пустого пикнометра; Dm¢ _o – масса воздуха, вытесненного пикнометром; m_o – масса разновесок, уравновешивающих пустой пикнометр; Dm_o – масса воздуха, вытесненного разновесками; m¢ – масса исследуемой жидкости; Dm¢ – масса воздуха, вытесненного исследуемой жидкостью; m – масса разновесок, уравновешивающих исследуемую жидкость; Dm– дополнительная масса воздуха, вытесненного разновесками при взвешивании исследуемой жидкости; m¢ _эт– масса эталонной жидкости; Dm^¢ _эт – масса воздуха, вытесненного эталонной жидкостью; m_эт – масса разновесок, уравновешивающих эталонную жидкость; Dm_эт – дополнительная масса воздуха, вытесненного разновесками при взвешивании эталонной жидкости.

Очевидно, что два последних соотношения можно представить в виде:

Стоящие в скобках отношения масс можно заменить отношениями соответствующих им плотностей. Производя такую замену, получим:

Отношение двух последних равенств позволяет получить следующее соотношение

которое легко преобразуется в формулу (3).(показать самостоятельно).

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

Изучить или повторить правила взвешивания, приведенные ниже, и провести настройку аналитических весов АДВ–200.

ПРАВИЛА ВЗВЕШИВАНИЯ

Чтобы не испортить весы и получить наиболее точные результаты, необходимо:

1) помещать взвешиваемое тело и производить загрузку разновесок только при арретированных весах;

2) брать разновески и помещать их на чашки весов только пинцетом;

3) тело и разновески помещать на чашки весов так, чтобы их центры тяжести по возможности совпадали с центром чашек;

4) не следует освобождать весы полностью, пока чашки еще мало уравновешены. Это делают лишь частично, чтобы выяснить, какая из чашек легче, замечая, куда отклоняется стрелка весов. После этого весы тотчас арретируют и прибавляют (или убавляют) разновески. Весы освобождают полностью, когда равновесие почти достигнуто;

5) после окончания взвешивания весы обязательно надо арретировать и снять нагрузку.