Что такое плотность жидкости
Плотность жидкости — это отношение массы жидкости к объёму, который она занимает.
Если две жидкости одинаковой массы налить в сосуды, то их объемы будут разниться. Причина этому — плотность, т.е. расстояние между молекулами и атомами, образующими внутреннее строение. Эта величина скалярная и обозначается буквой ρ. В литературе можно встретить и другие обозначения, например D и d (в переводе с латинского densitans).
Примечание
Понятие плотности касается однородных веществ, в т.ч. в жидком состоянии. Если однородность отсутствует, говорят о средней плотности либо плотности в одной точке.
Осторожно! Если преподаватель обнаружит плагиат в работе, не избежать крупных проблем (вплоть до отчисления). Если нет возможности написать самому, закажите тут.
Обычная вода при температуре 40С имеет максимальное ее значение — 1000 кг/м3. Многие жидкие продукты питания имеют близкое значение плотности. Например, обезжиренное молоко, раствор уксуса, вино. В то же время для сока из ананаса аналогичное значение составляет 1084, из винограда — 1361, апельсина — 1043 кг/м3. Пиво имеет плотность 1030 кг/м3.
Многие жидкости менее плотны, чем вода, это:
- спирт этиловый (789 кг/м3);
- нефть (от 730 до 940 кг/м3);
- бензин (от 680 до 800 кг/м3);
- ДТ (879 кг/м3).
Как определить плотность жидкости
Математический расчет плотности жидкого вещества выглядит как частное от деления взятой массы на тот объем, который оно занимает.
(rho=mdiv V)
Где m — масса жидкости, V — ее объем.
Единицей измерения плотности является кг/м3 (для системы СИ). Обозначение в системе CUC — г/см3.
Жидкость, представляющая собой смесь двух и более компонентов, имеет значение плотности, определяемой по формуле:
(rho=(rho1times V1+rho2V2)div(V1+V2))
Существует деление жидкостей на:
- Идеальные — имеются ввиду абсолютно подвижные жидкие вещества, на которых не действуют посторонние силы. Они неизменны в своем объеме. Таких жидкостей практически не бывает.
- Реальные — могут сжиматься, сопротивляться давлению, т.е. реагировать на посторонние силы.
Реальные, в свою очередь, подразделяются на:
- Ньютоновские — для них характерно послойное движение (сдвигание), скорость которого пропорциональна напряжению. Когда регистрируется абсолютный покой, напряжение равно нулю. К ньютоновским жидкостям относятся вода, масло, керосин, бензин и др.
- Бингамовские — жидкости, имеющие начальный предел текучести, ниже которого они не текут и имеют свойства твёрдого тела.
Как влияют внешние воздействия на расчет
Понятие «плотность» зависимо от условий окружающей среды, в которых происходит ее измерение. По мере повышения либо понижения температуры плотность начинает постепенно уменьшаться. Например, плотность воды при температуре кипения составляет 958,4 кг/м3. Однако таким образом ведут себя не все жидкости. Многие, испытывая понижение температуры, увеличивают свою плотность.
Пример
Водка при 20°C имеет плотность 935 кг/м3, а при 80°C — 888; нафталин при 230°C — 865 кг/м3, при 320°C — 794 кг/м3; раствора сахара при 20°C — 1333 кг/м3, при 100°C — 1436 кг/м3. Значение аналогичных величин вынесены в специальные таблицы, которые носят справочный характер.
Для вычисления ρ при изменении температуры вещества применяется формула:
(rho t=rho20div(1+beta ttimes(t-20)))
Существуют особенности изменения плотности при переходе вещества из одного агрегатного состояния в другое. Так, обычная вода при затвердевании уменьшает свою плотность. Касательно других жидкостей — при переходе в твердое состояние ρ чаще растет.
Еще один внешний фактор, под действием которого жидкость сжимается, а, следовательно, ее плотность меняется, является внешнее давление. Однако так называемая сжимаемость жидкого вещества совсем невелика — 10-6бар.
Для характеристики реакции жидкого тела на воздействие внешнего давления вводится термин — сжимаемость. Она высчитывается по формуле:
(beta w=Delta Wdiv WtimesDelta p=1divrhotimes(DeltarhodivDelta p))
Где βw — коэффициент объемного сжатия, ΔW — разница в изменении объема, Δρ — изменение плотности, Δp — изменение объема.
Введена еще одна величина, имеющая отношение к сжимаемости. Это объемный модуль упругости (Еж).
Она обратна коэффициенту объемного сжатия и определяется по формуле:
(Еж=1divbeta.)
В качестве единицы измерения выступает Па — паскаль. Для примера, Еж воды равняется 2 000 МПа.
Каким соотношением связаны плотность и удельный вес жидкости
Удельный вес жидкости (γ) — еще один параметр, от которого зависят ее свойства.
Удельным весом называется вес жидкости, заключенной в единице V (объема).
Для измерения введена специальная единица — Н/м3.
Нахождение его значения производится по формуле:
(gamma=Gdiv V)
Где G — вес жидкости, V — объем.
Между удельным весом и плотностью жидкой среды существует прямая зависимость. Формула для определения удельного веса содержит равенство:
(gamma=gtimesrho)
Отличием удельного веса от плотности является тот факт, что он зависит от места проведения измерений, в т.ч. от высоты над уровнем моря и географической широты.
Как определить плотность жидкости
Плотность жидкости – это физическая величина, которая показывает массу данной жидкости в единице объема. Плотность жидкости можно измерять как косвенным методом, так и прямыми измерениями с помощью специального приспособления.
Вам понадобится
- мерный стакан или мензурка, весы, линейка, ареометр.
Инструкция
Итак, у вас есть жидкость, плотность которой собираетесь определить. Возьмите пустой мерный стакан или мензурку, поставьте на весы и определите массу пустого сосуда без жидкости. Обозначьте ее m1, например. Далее налейте в этот сосуд жидкость, плотность которой хотите измерить. Наливайте жидкость до такого уровня, чтобы легко было определить ее объем (на небольших мерных стаканах нанесена шкала объема в миллилитрах).
После того, как вы определили и записали объем жидкости (V), поставьте снова эту емкость на весы, только что теперь она будет с жидкостью. Запишите новую массу и обозначьте ее m2. Зная массу пустого сосуда m1 и полного сосуда m2, определите массу жидкости m по формуле: m = m2 – m1. Теперь можно переходить непосредственно к определению плотности ро:
ро = m / V,
где m и V – масса и объем жидкости, найденные выше.
Помните, что объем жидкости измеряется, как правило, в килограммах на метр кубический или в граммах на сантиметр кубический. Поэтому переводите измеренные величины к одной или второй стандартной системе единиц измерения. Например:
1 миллилитр = 1 кубический сантиметр
1000 литров = 1 кубический метр
1 килограмм = 1000 грамм
Если сосуд с жидкостью достаточно большой, но вы знаете массу пустого сосуда m1 и массу наполненного сосуда m2, то можно поступить следующим образом. Сначала найдите массу жидкости в сосуде по формуле m = m2 – m1. Затем с помощью линейки или рулетки измерьте геометрические размеры сосуда: для прямоугольных сосудов измерьте высоту, ширину и длину, а для цилиндрических – диаметр и высоту. Для нахождения объема прямоугольного сосуда воспользуйтесь формулой:
V = a * b * h,
где a – ширина, b – длина, h – высота сосуда.
Для нахождения объема цилиндрического сосуда возьмите формулу:
V = (pi * d * d * h) / 4,
где pi – число Пи, равное 3,14, d – диаметр сосуда, h – его высота (высота уровня жидкости).
После нахождения объема найдите плотность жидкости, как и в предыдущем случае, по формуле ро = m / V.
Задача определения плотности намного упрощается, если у вас есть ареометр. Этот прибор представляет собой стеклянную колбу с поплавком и шкалой. Просто опустите его в жидкость таким образом, чтобы он не касался дна, а по шкале в верхней части ареометра посмотрите значение плотности жидкости. Часто ареометром пользуются автолюбители для определения плотности электролита в аккумуляторе.
Источники:
- как найти плотность жидкости
Войти на сайт
или
Забыли пароль?
Еще не зарегистрированы?
This site is protected by reCAPTCHA and the Google Privacy Policy and Terms of Service apply.
Измерение плотности
Определения, формулы, факторы влияния, приборы, разница между плотностью и относительной плотностью и многое другое
Измерение плотности используется для контроля чистоты и концентрации образца, получения информации о его составе. Измерение плотности незаменимо в различных отраслях для обеспечения качества сырья и готовых продуктов.
Например, плотность сверхчистой воды при +20,00 °C составляет 0,998203 г/см3: отклонение от этого значения (с учетом допусков) означает, что в воде присутствуют примеси.
На этой странице представлена базовая информация об измерении плотности.
Перейдите в один из следующих разделов, чтобы узнать больше о плотности жидкостей.
- Подробнее о плотности
- Как измерить плотность жидкости
- Факторы, влияющие на определение плотности
- Температура
- Пузырьки воздуха и примеси
- Давление воздуха на жидкость
- Вязкость
- Относительная плотность, удельный вес, истинная плотность: физический смысл этих понятий и их отличия
- Как получить достоверные результаты с помощью цифрового плотномера: пять элементов успешного измерения
- Температура
- Часто задаваемые вопросы
1. Подробнее о плотности
Что такое плотность?
Плотность — это физический параметр, соответствующий массе определенного объема образца. Он зависит от плотности расположения молекул вещества в пространстве. Плотность обычно обозначается греческой буквой ρ («ро»). Кроме того, для обозначения часто используется латинская буква d.
Вы когда-нибудь задумывались о том, почему нефть остается на поверхности воды при разливе?
Расслоение жидкостей происходит из-за разности плотностей. На изображении представлены типовые значения плотностей.
A — масло для ламп (0,80 г/см3)
B — протирочный спирт (0,87 г/см3)
C — растительное масло (0,91 г/см3)
D — вода (0,99 г/см3)
E — средство для мытья посуды (1,33 г/см3)
F — мёд (1,36 г/см3)
2. Как измерить плотность жидкости
В таблице ниже приведены различные методы измерения, их преимущества и недостатки.
Ареометры
Принцип измерения
- Погружение запаянной стеклянной трубки в образец
- Запаянная стеклянная трубка погружается в образец до определенного уровня в зависимости от массы ареометра и плавучести, которая зависит от плотности образца
- Плотность жидкости определяется по откалиброванной шкале ареометра, когда он достигает состояния равновесия
Преимущества
- Простота, низкая стоимость
- Используется для быстрой проверки приблизительного значения плотности
Недостатки
- Результаты зависят от оператора
- Выравнивание температур занимает много времени
- Узкий диапазон измерения (для расширения диапазона обычно требуется комплект из 20 ареометров)
- Большой объем образца (140–600 мл)
- Сложность очистки
- Отсутствие поддержки стандарта GLP
- Хрупкость
- Образец необходимо извлечь из исходной емкости и поместить в емкость ареометра
Пикнометры
Пикнометры |
Принцип измерения
- Стеклянный сосуд определенного объема
- Взвешивание без образца (M1), взвешивание с образцом (M2)
- Измерение плотности с использованием следующей формулы:
Плотность = (M2 − M1) / объем
Преимущества
- Низкие затраты
- Напрямую отражает физическое значение плотности (отношение массы к объему), подходит для обучения
Недостатки
- Результаты зависят от оператора
- Пикнометры калибруются при определенной температуре, например при +20 °C, поэтому измерения достоверны только при этой температуре! Температура образца должна быть равна температуре калибровки
- Значение плотности необходимо рассчитывать
- Стандартный объем образца составляет 25 мл
- Для точного и воспроизводимого измерения необходимо длительное обучение оператора
- Образец необходимо извлечь из исходной емкости и поместить в пикнометр
Цифровые плотномеры
Цифровые плотномеры |
Принцип измерения
- Осциллирующая U-образная трубка
- Полая стеклянная трубка совершает свободные колебания с определенной частотой. При наполнении трубки ее собственная частота колебаний изменяется: чем больше масса образца, тем ниже частота колебаний. Значение частоты соответствует определенной плотности. Температура точно регулируется встроенным термостатом Пельтье настольного прибора (без использования жидкостного термостата)
Преимущества
- Простота использования
- Малый объем образца
- Результаты автоматического измерения не зависят от оператора
- Встроенная система температурной компенсации
- Хранение до 1100 результатов и возможность обмена данными с компьютерной программой для управления данными
- Измерение можно проводить прямо в емкости с образцом
Недостатки
- Большая стоимость, чем у ареометра или пикнометра
Использование пикнометра для определения плотности
Посмотрите видеоролик и узнайте, правильно ли вы используете пикнометр для измерения плотности. Мы также сопоставим результаты, полученные с помощью пикнометра и цифрового плотномера.
3. Факторы, влияющие на определение плотности
a) Температура
Вы знаете, что при изменении температуры на 0,1 °C результат измерения плотности может изменяться на 0,0001 г/см3?
Расстояние между атомами молекулы зависит от температуры. С увеличением температуры увеличивается интенсивность колебаний, атомы располагаются дальше и значение плотности уменьшается.
Молекула при определенной температуре
(малое расстояние)
Та же молекула при повышении температуры
(расстояние увеличивается)
При повышении температуры объем увеличивается, а плотность уменьшается. При уменьшении температуры объем уменьшается и плотность увеличивается. Масса вещества при этом не изменяется.
Единственное исключение — жидкая вода, которая достигает максимума плотности при +3,98 ºC. Выше этой температуры объем воды увеличивается, и плотность уменьшается. При остывании воды происходит обратный процесс.
Примечание. Связь между температурой, объемом и плотностью нелинейна: она зависит от удельной теплоемкости, теплоты испарения и других характеристик вещества.
b) Пузырьки воздуха и примеси
Если в жидкости есть хотя бы один пузырек воздуха, результат измерения плотности может сильно измениться. Такой же эффект дают и примеси.
Например, для расчета значения плотности при использовании стеклянного пикнометра измеряется масса образца. Если в образец попал пузырек воздуха или какое-то инородное включение (например, из-за недостаточной очистки), результат взвешивания будет неправильным. Это приведет к получению неправильного значения плотности.
- Это справедливо и для цифрового плотномера, в котором для определения плотности используется U-образная трубка.
- Однако современные цифровые измерители плотности имеют систему BubbleCheck™ для автоматического контроля наличия пузырьков в ходе анализа.
- Кроме того, чтобы устранить влияние перекрестного загрязнения из-за неправильной очистки, пользователь может измерить плотность воздуха. Если результат измерения соответствует допускам, измерительная ячейка очищена надлежащим образом.
c) Давление воздуха на жидкость
В городе Мехико на высоте 3930 метров над уровнем моря давление ниже, чем в Рио-де-Жанейро на уровне моря (на высоте 0 метров). Давление воздуха напрямую связано с высотой над уровнем моря.
Так как газы и жидкости подвижны, необходимо учитывать следующие факты:
- Газ (например, воздух) — сжимаемая текучая среда, объем которой меняется при изменении давления.
- Жидкость (например, вода) считается несжимаемой текучей средой, объем которой не зависит от давления. При очень высоком давлении воздуха жидкость может быть сжимаемой, но такие условия не встречаются при анализе плотности.
При измерении плотности с помощью ручных приборов (например, пикнометра) давление воздуха не учитывается.
Современные цифровые плотномеры имеют встроенный барометр (датчик давления) для определения давления в точке проведения анализа. Расчет опорного значения плотности воздуха выполняется автоматически. Это значение важно по двум причинам:
- При настройке прибора необходимо измерить значения для воды и воздуха. Давление влияет на значение для воздуха, следовательно, и на все измерения после калибровки.
Узнайте больше о настройке приборов — скачайте руководство МЕТТЛЕР ТОЛЕДО по измерению плотности - При повседневной работе важно поддерживать чистоту измерительной ячейки, чтобы исключить перекрестное загрязнение и получить качественный результат. Измеренное значение плотности сравнивается с эталонным значением для воздуха. Если результат находится в определенных пределах допусков, то ячейка прибора чиста.
d) Вязкость
Если вещество вязкое, выше ли его плотность, чем у менее вязкого вещества?
Вязкость характеризует сопротивление жидкости перемещению. Это так называемая густота жидкости, и она не связана с плотностью напрямую.
Однако вязкость может влиять на результат измерения плотности при использовании отдельных методов.
Измерительный прибор:
- Пикнометр: нет влияния, но отбор пробы, очистка и стабилизация температуры с помощью жидкостного термостата затруднены.
- Ареометр: нет влияния, но отбор пробы, считывание данных и очистка затруднены.
- Цифровой плотномер: есть влияние, потому что образец поглощает колебания U-образной трубки.
- Как показано на графике, при увеличении вязкости увеличивается погрешность измерения плотности.
- Однако современные цифровые плотномеры поддерживают автоматическую компенсацию вязкости для максимально точного и быстрого измерения.
- Водные растворы, лабораторные (органические) растворители
- Растворы серной кислоты
- Моторные масла
- Моющие средства для посуды
- Сиропы
e) Относительная плотность, удельный вес, истинная плотность: физический смысл этих понятий и их отличия
Определение относительной плотности
Относительная плотность определяется как отношение абсолютной плотности анализируемого вещества к плотности эталонного вещества. Если тип эталонного вещества не указан, то им считается вода при +3,98 ºC, которая имеет плотность 0,999972 г/см3 или 999,972 кг/м3. Как следует из уравнения, относительная плотность — безразмерная величина.
Определение удельного веса
Удельный вес определяется как отношение плотности анализируемого вещества к плотности воды. Если температура не указана, она принимается равной +3,98 ºC, при этом плотность воды равна 0,999972 г/см3 или 999,972 кг/м3.
Истинная плотность и определение абсолютной плотности
Истинная плотность определяется как отношение массы вещества к его объему при определенных значениях давления и температуры. Масса вещества измеряется в вакууме. Это определение используется при измерении с помощью цифрового плотномера.
Определение объемной плотности
Объемная плотность используется для сыпучих веществ, например порошков или гранул. Этот параметр часто применяется в горнодобывающей, пищевой и химической промышленности. Объемная плотность определяется как отношение массы к объему, но при измерении в воздухе.
Масса в вакууме = истинная плотность |
Масса в воздухе = объемная плотность |
f) Как получить достоверные результаты с помощью цифрового плотномера: пять элементов успешного измерения
Для получения точных результатов измерения плотности необходимо принять определенные меры, чтобы избежать ошибок в процессе работы. Ниже приведены рекомендации для успешного определения плотности.
Этап 1. Определение типа образца и его подготовка
Перед началом измерения важно определить необходимые меры предосторожности в соответствии с типом образца.
Рекомендации:
Вязкие образцы
- После переноса в измерительную ячейку в образце не должно быть пузырьков.
- Усилие сдвига может снижать точность результатов, поэтому необходима коррекция вязкости
Агрессивные/токсичные образцы
- При измерении для концентрированных кислот или оснований (например, H2SO4, HCl, NaOH) необходимо предотвращать взаимодействие с веществом и его испарение, поэтому потребуется автоматическая система с автосемплером
Летучие образцы
- Образцы с содержанием растворенных органических газов (например, бутана) дегазируются, поэтому их необходимо охлаждать для предотвращения образования пузырьков.
Образцы, содержащие растворенный газ
- Газированные образцы, например безалкогольные напитки, перед измерением необходимо дегазировать. Для этого их необходимо перемешивать в течение нескольких минут, пока не перестанут образовываться пузырьки.
- Для образцов с растворенным воздухом можно использовать сверхзвуковую ванну или кипячение в течение нескольких минут.
- Можно удалить CO2 или растворенный газ с помощью подачи воздуха и перемешивания при автоматическом измерении плотности
Неоднородные образцы и суспензии
- Избегайте осаждения твердых частиц и формирования градиента плотности
- Прежде чем использовать такой образец, его необходимо перемешать. При этом следует соблюдать осторожность, чтобы в процессе перемешивания в образец не попали пузырьки воздуха
- Образец не может быть идеально однородным, поэтому необходимо повторить измерение несколько раз и рассчитать среднее значение
Этап 2. Тестирование плотномера
Необходимо регулярно проверять рабочие характеристики системы с помощью измерения для образца с точно известной плотностью (сверхчистая вода или стандарт жидкости). Эта процедура называется тестированием, калибровкой или проверкой. По завершении тестирования необходимо сравнить измеренное значение с известной номинальной плотностью образца.
Кроме того, полезно проверять чистоту и сухость измерительной ячейки перед анализом нового вещества. Рекомендуется ежедневно тестировать плотномер с использованием сверхчистой воды (0,998203 г/см3 при +20,00 °C).
Некоторые часто задаваемые вопросы:
Какие допуски необходимо применять при тестировании с использованием деионизированной воды?
Какие допуски предусмотрены для стандартов органических веществ?
Что делать, если результат тестирования неудовлетворительный?
Этап 3. Предотвращение ошибок при отборе проб
Пузырек размером 2 мм может привести к отклонению измеренного значения плотности на 0,0008 г/см3.
При использовании шприца:
- Рекомендуется заполнить ячейку с избытком, добавив дополнительные 5 см образца
- Измерительную ячейку необходимо заполнять с постоянной небольшой скоростью, обеспечивая ламинарный поток для полного смачивания стенок ячейки, чтобы вдоль них не оставалось пузырьков
При автоматическом наполнении с помощью насоса или автосемплера:
- Установите скорость отбора проб в соответствии с вязкостью образца
Предотвращение образования пузырьков - После заполнения ячейки убедитесь, что в ней нет пузырьков
- Пузырьки легко обнаружить, если в приборе предусмотрена прямая видеотрансляция измерительной ячейки. В цифровых плотномерах для этих целей есть автоматическая функция Bubblecheck™
Этап 4. Измерение и регистрация результатов
Вы выполняете расчеты вручную?
Поиск или интерполяция по таблице сопряжены с риском ошибок и требуют много времени. Кроме того, ручные записи могут содержать ошибки регистрации данных. Невозможно гарантировать, что такая документация будет соответствовать нормативным требованиям.
Наиболее эффективное решение — автоматический расчет с помощью встроенных таблиц (например, содержание спирта, градусы Brix, температурная компенсация по API). Пользователь может задать собственные таблицы для экономии времени и защиты от ошибок регистрации и расчета. Цифровой плотномер позволяет использовать встроенные таблицы преобразования, чтобы получать результаты в необходимых единицах измерения.
Этап 5. Очистка плотномера
Самый распространенный источник ошибок — недостаточная очистка!
Убедитесь, что в измерительной ячейке отсутствуют следы предыдущих образцов или промывочных жидкостей.
Чтобы их удалить, измерительную ячейку необходимо очистить подходящим промывочным раствором и высушить. Желательно делать это после каждого измерения.
Отдельные рекомендации по использованию промывочных растворов:
Чистящий раствор 1
- Должен полностью растворять образец (например, вода или 12-процентный раствор Deconex)
Чистящий раствор 2
- Должен растворять чистящий раствор 1 и быстро испаряться (например, ацетон или этиловый спирт)
В конце процедуры необходимо полностью осушить ячейку сухим воздухом. Во многих случаях при использовании плотномеров МЕТТЛЕР ТОЛЕДО нет необходимости использовать два раствора. Благодаря производительному насосу DryPro можно сэкономить время и уменьшить расход растворителя.
Важно! Настройка плотномера
Частая настройка прибора не гарантирует точность результата. При каждой настройке изменяются значения внутренних параметров прибора. При неправильной настройке неправильными будут и результаты последующих измерений.
Поэтому специалисты МЕТТЛЕР ТОЛЕДО рекомендуют проводить настройку плотномера, только если тестирование несколько раз подряд проходит с неудовлетворительным результатом.
Часто задаваемые вопросы
- Чем плотность отличается от массы?
- Почему плотность можно использовать для идентификации образца?
- Как измеряется плотность растворов?
- Пропорциональна ли плотность давлению?
- В каких областях применения обычно используется плотномер?
- Какова плотность воздуха?
- Какова плотность воды?
- Как влияет вязкость образца на процедуру измерения?
Чем плотность отличается от массы?
Масса соответствует количеству вещества в целом объекте, а плотность соответствует массе в определенном объеме.
Например, 10 кг стали и 10 кг пуха имеют одинаковую массу, но разный объем, поэтому их плотность отличается.
Почему плотность можно использовать для идентификации образца?
Плотность удобно использовать для идентификации чистых образцов, поскольку каждое вещество имеет собственное значение этой величины. По измеренному значению плотности можно, пользуясь справочником, определить соответствующее вещество.
Как измеряется плотность растворов?
Возьмем, например, водный раствор этилового спирта.
Как показано ранее, при +20 °C плотность чистой воды составляет: d = 0,9982 г/см3. Плотность этилового спирта при +20 °C составляет: d = 0,7892 г/см3. Плотность водного раствора этилового спирта зависти от концентрации раствора.
Пропорциональна ли плотность давлению?
Плотность прямо пропорциональна давлению воздуха в месте измерения и обратно пропорциональна температуре. При неизменной температуре с повышением давления увеличивается плотность. Узнать больше о зависимости плотности жидкости от давления можно здесь.
В каких областях применения обычно используется плотномер?
Плотность используется, например, для определения концентрации спирта в жидкости, управления процессом брожения при производстве вина и пива, измерения содержания сахара (градусы Brix) в промежуточных и конечных продуктах при производстве пищевых продуктов и напитков. Плотность позволяет определять градусы API и концентрации компонентов тяжелой нефти, парафина и смазочных материалов в нефтехимической отрасли. Относительная плотность (удельный вес) измеряется для аккумуляторного электролита в автомобильной промышленности и для других растворителей, кислот и оснований в химической промышленности. Кроме того, плотность часто измеряется в фармацевтической промышленности и для контроля качества косметических, гигиенических и других продуктов. Перейдите по ссылкам выше, чтобы узнать больше об областях применения или найти в библиотеке МЕТТЛЕР ТОЛЕДО руководство по применению для конкретных типов образцов.
Какова плотность воздуха?
При +20 °C и атмосферном давлении 101,325 кПа (на уровне моря) плотность воздуха составляет 0,00120 г/см3. Атмосферное давление зависит от погодных условий (снижается во время дождя или снега) и высоты измерения (снижается по мере подъема над уровнем моря). Например, на высоте 440 м над уровнем моря среднегодовое атмосферное давление составляет всего 96,12 кПа, а плотность воздуха снижается до 0,00114 г/см3 при +20 °C.
Подробнее
Какова плотность воды?
Плотность воды при +20 °C равна 0,99820 г/см3. Плотность воды зависит от температуры. При изменении температуры от 0 до +4 °C она возрастает (до величины, близкой к единице), а при дальнейшем повышении температуры снижается.
Как влияет вязкость образца на процедуру измерения?
Вязкость образцов влияет на значения плотности, получаемые при измерении с помощью цифрового плотномера. В слое жидкости, прилегающем к стенке стеклянной трубки, возникает усилие сдвига, которое замедляет колебания, что приводит к завышению измеряемых значений. В современных моделях цифровых измерителей плотности предусмотрена коррекция по вязкости, которая устраняет погрешность, возникающую по реологическим причинам.
Подробнее
Продукты
Плотномеры Excellence
Плотномеры Excellence поддерживают автоматизацию рабочих процессов и создание многопараметрических систем в разных условиях эксплуатации. Высокая точность и достоверность результат…
Стандартные плотномеры EasyPlus
Благодаря простому интерфейсу пользователя плотномеры EasyPlus позволяют без труда получать точные результаты в лабораторных и производственных условиях.
Портативный плотномер
Легкий и простой в эксплуатации, эргономичный портативный плотномер подходит для работы как в лаборатории, так и на производстве.
Загрузить PDF
Загрузить PDF
Плотность — это отношение массы тела к занимаемому этим телом объему.[1]
Метрической единицей плотности является кг/м3 или г/см3, то есть она показывает массу одного кубического метра или сантиметра вещества. Узнать плотность воды достаточно просто с помощью формулы плотность = масса/объем.
-
1
Соберите необходимые материалы. Для подсчета плотности воды потребуется мерный цилиндр, весы и вода. Мерный цилиндр — специальная емкость с насечками или метками, в которой можно измерить точный объем жидкости.
-
2
Взвесьте пустой мерный цилиндр. Чтобы узнать плотность, необходимо знать массу и объем той жидкости, которая вас интересует. С помощью мерного цилиндра можно будет узнать массу воды, но также потребуется вычесть массу самого цилиндра, чтобы использовать только массу налитой в него воды.
- Включите весы и убедитесь, что они установлены на нулевой отметке.
- Поместите на весы сухой и пустой мерный цилиндр.
- Запишите массу цилиндра в граммах.
- Предположим, что пустой мерный цилиндр весит 11 г.
-
3
Налейте воду в мерный цилиндр. Добавляйте любое количество воды, но не забудьте записать точное значение. Посмотрите на цилиндр на уровне глаз и запишите объем по нижнему уровню мениска. Мениск — это искривление поверхности жидкости, которое можно заметить при взгляде точно на уровне глаз.[2]
- Объем воды в мерном цилиндре будет использоваться для подсчета плотности.
- Предположим, что вы налили в мерный цилиндр 7,3 см3 воды (это то же самое, что 7,3 мл).
-
4
Взвесьте мерный цилиндр с водой. Убедитесь, что весы установлены на нулевой отметке, чтобы взвесить мерный цилиндр с водой. Следите за тем, чтобы не разлить воду из цилиндра, когда будете его взвешивать.
- Если вы все-таки разлили воду, то запишите новый объем и заново взвесьте цилиндр с водой.
- Предположим, что мерный цилиндр с водой весит 18,3 г.
-
5
Вычтите массу пустого мерного цилиндра из массы цилиндра с водой. Чтобы узнать массу самой воды, нужно вычесть массу мерного цилиндра. В результате останется одна только масса воды в цилиндре.
- В нашем примере масса мерного цилиндра составляет 11 г, а масса цилиндра с водой — 18,3 г. 18,3 г – 11 г = 7,3 г. Следовательно, масса воды составляет 7,3 г.
-
6
Подсчитайте плотность воды, разделив массу на объем. Воспользуйтесь формулой плотность = масса/объем, чтобы узнать плотность воды.[3]
Подставьте полученные значения массы и объема.- масса воды: 7,3 г;
- объем воды: 7,3 см3;
- плотность воды = 7,3/7,3 = 1 г/см3.
Реклама
-
1
Узнайте определение уравнения для подсчета плотности. Плотность будет равна массе тела m, разделенной на объем тела v. Плотность обозначается греческой буквой ρ (ро). Более плотное тело будет иметь большую массу при меньшем объеме по сравнению с другими телами меньшей плотности.
- Стандартная формула подсчета плотности: ρ = m/v.
-
2
Используйте правильные единицы для каждой переменной. При подсчете плотности используют метрические единицы. Масса тела выражается в граммах или килограммах. Объем тела — в кубических сантиметрах или метрах.
-
3
Поймите, зачем нужна плотность. Плотность тела можно использовать для идентификации различных материалов.[4]
Если требуется идентифицировать вещество, то можно подсчитать плотность и сравнить с известной плотностью разных материалов. -
4
Знайте, что есть факторы, которые могут влиять на плотность воды. Плотность воды практически равна 1 г/см3, но в некоторых научных дисциплинах следует знать максимально точное значение плотности воды. Плотность чистой воды меняется в зависимости от температуры.[5]
Чем ниже будет температура воды, тем выше плотность.- Например, при 0°C плотность воды составляет 0,9998 г/см3, но при 80°C — уже 0,9718 г/см3. Разница может показаться незначительной, но она бывает весомой для научных исследований и экспериментов.
Реклама
Предупреждения
- Будьте осторожны со стеклянным мерным цилиндром, чтобы не разбить его. Битое стекло острое, поэтому возникает риск порезаться.
Реклама
Что вам понадобится
- Вода
- Мерный цилиндр
- Весы
Об этой статье
Эту страницу просматривали 21 731 раз.
Была ли эта статья полезной?
Плотность, т. е. масса единицы объема вещества, является одной из наиболее важных его физических характеристик.
В соответствии с Международной системой единиц (СИ) плотность измеряется в килограммах на 1 метр кубический (кг/м3), по Государственной фармакопее – в граммах на 1 см3 (г/см3). В ряде случаев удобнее пользоваться относительной плотностью, которая представляет собой отношение плотности данного вещества к плотности дистиллированной воды при 4 С. Относительная плотность является безразмерной величиной, ее принято обозначать буквой d, а плотность – буквой р.
Поскольку плотность зависит от температуры, то необходимо указывать условия, при которых проводилось измерение. Так, запись d означает, что относительная плотность определялась для вещества при 1. 5 С по отношению к плотности воды при 4 С.
В практике проведения технического анализа на химико-фармацевтических заводах обычно определяют плотность жидкостей с помощью пикнометра или ареометра.
Чистый сухой пикнометр (рис. 4) взвешивают на аналитических весах с точностью до 0,0002 г. Затем заполняют его дистиллированной водой немного выше метки, закрывают пробкой и помещают в термостат.
После 20-минутной выдержки в термостате при температуре 20+-0,1 С уровень воды в пикнометре быстро доводят до метки, отбирая излишек воды пипеткой, капилляром или свернутой полоской чистой неволокнистой фильтровальной бумаги. Пикнометр снова закрывают пробкой, термостатируют еще 10 мин, проверяют соответствие уровня жидкости метке, протирают снаружи досуха чистой мягкой тканью или фильтровальной бумагой и оставляют на 10 мин за стеклом коробки аналитических весов, а затем снова взвешивают. После этого пикнометр освобождают от воды, споласкивают последовательно спиртом и эфиром, затем удаляют остатки эфира продуванием воздуха, заполняют пикнометр испытуемой жидкостью и проводят те же операции, что и с дистиллированной водой.
Рис. 4. Пикнометры.
Относительную плотность жидкости вычисляют по формуле:
где d – относительная плотность испытуемой жидкости; m – масса пустого пикнометра, г; m1 – масса пикнометра с дистиллированной водой, г; т2 – масса пикнометра с испытуемой жидкостью, г; 0,99703 – значение относительной плотности воды при 20 С с учетом плотности воздуха; 0,0012 – плотность воздуха при 20 С и давлении 760 мм рт. ст.
Значение 0,0012 надо прибавить к рассчитанной плотности, так как пикнометр перед заполнением жидкости содержал воздух.
Следует обращать внимание на то, чтобы при вытирании пикнометра на его стенках не оставались волокна фильтровальной бумаги или ткани. Нельзя сушить пикнометр путем нагревания. Применение пикнометра позволяет определять относительную плотность с точностью до 0,001.
Плотность жидкости в граммах на 1 мл при температуре 20 С рассчитывают, исходя из массы 1 мл анализируемого вещества, и прибавляют поправку на взвешивание в воздухе в соответствии со следующей таблицей:
Массу 1 мл жидкости определяют делением выраженной в граммах массы в воздухе, заполняющей пикнометр жидкости при 20 С, на объем пикнометра, выраженный в миллилитрах. Объем пикнометра устанавливают аналогично описанному выше, исходя из того, что 1 л воды при 20 С имеет массу 997,18 г.
Определение плотности жидкости ареометром
Плотность жидкости может быть приближенно (с точностью до 0,01) определена с помощью ареометра. Этот метод находит широкое практическое применение при определении относительной плотности серной, азотной и соляной кислот, этилового спирта и др. Достоинствами этого метода являются быстрота определения и возможность использования для анализа вязких жидкостей. К недостаткам метода, помимо невысокой точности, следует отнести необходимость использования относительно большого количества анализируемой жидкости.
Ареометр (рис. 5) представляет собой стеклянный тонкостенный цилиндрический сосуд, расширяющийся внизу и имеющий на конце стеклянный резервуар, заполненный дробью, реже ртутью. В верхней части ареометра имеется шкала с делениями, соответствующими относительной плотности жидкости, и указанием температуры, при которой следует производить определение. Имеются ареометры для жидкостей легче и тяжелее воды, для серной кислоты, едких щелочей, а также ряд специальных ареометров для измерения плотности спирта (спиртометр), молока (лактометр) и др. Для повышения точности измерения промышленность выпускает наборы ареометров, шкалы которых охватывают определенный диапазон плотностей.
Рис. 5. Ареометр.
Как правило, градуировку ареометров производят при 20 С и относят к плотности воды при 4 С, поэтому показания шкалы дают величину d. Если в соответствии с указаниями стандарта температура анализируемой жидкости отличается от температуры, указанной на шкале ареометра, то следует внести поправку на разницу температур.
Испытуемую жидкость помещают в цилиндр емкостью не менее 0,5 л и при температуре жидкости 20 С осторожно опускают в нее чистый сухой ареометр. Погружать ареометр в жидкость следует осторожно, не выпуская его из рук до тех пор, пока не станет очевидным, что он плавает. При этом ареометр должен находиться в центре цилиндра и ни в коем случае не касаться стенок и дна сосуда.
Отсчет производят по делениям шкалы ареометра через 3-4 мин после погружения по нижнему мениску жидкости. В случае определения плотности темноокрашенных жидкостей отсчет производят по верхнему мениску. После определения ареометр моют, вытирают и убирают в специальный футляр.
ИнструкцияКлючевой формулой для плотности является ρ=m/V, где ρ – плотность, m – масса раствора, V – его объем. Плотность может выражаться, например, в килограммах на литр, или в граммах на миллилитр. В любом случае, она показывает, сколько вещества по массе приходится на единицу объема.
Масса раствора складывается из массы жидкости и массы растворенного в ней вещества: m(раствора)=m(жидкости)+m(растворенного вещества). Масса растворенного вещества и объем раствора могут быть найдены из известного значения концентрации и молярной массы.
Пусть, например, в задаче дана молярная концентрация раствора. Она обозначаетсяхимической формулой соединения в квадратных скобках. Так, запись [KOH]=15 моль/л означает, что в одном литре раствора содержится 15 моль вещества гидроксида калия.
Молярная масса KOH составляет 39+16+1=56 г/моль. Молярные массы элементов можно посмотреть в таблице Менделеева, они указываются обычно снизу от наименования элемента. Количество вещества, масса вещества и его молярная масса связаны соотношением ν=m/M, где ν – количество вещества (моль), m – масса (г), M – молярная масса (г/моль).
Растворы, помимо жидкостных, бывают еще и газовыми. В этом случае необходимо понимать, что в равных объемах газа, близкого к идеальному, при одних и тех же условиях содержится одно и то же число молей. К примеру, при нормальных условиях один моль любого газа занимает объем Vm=22,4 л/моль, который назван молярным объемом.
В решении задачи на плотность газового раствора может понадобиться соотношение, устанавливающее связь между количеством вещества и объемом: ν=V/Vm, где ν – количество вещества, V – объем раствора, Vm – молярный объем, постоянная величина для данных условий. Как правило, в подобных задачах обговаривается, что условия являются нормальными (н.у.).
Плотность жидкости – это физическая величина, которая показывает массу данной жидкости в единице объема. Плотность жидкости можно измерять как косвенным методом, так и прямыми измерениями с помощью специального приспособления.
Вам понадобится.
- мерный стакан или мензурка, весы, линейка, ареометр.
ИнструкцияИтак, у вас есть жидкость, плотность которой собираетесь определить. Возьмите пустой мерный стакан или мензурку, поставьте на весы и определите массу пустого сосуда без жидкости. Обозначьте ее m1, например. Далее налейте в этот сосуд жидкость, плотность которой хотите измерить. Наливайте жидкость до такого уровня, чтобы легко было определить ее объем (на небольших мерных стаканах нанесена шкала объема в миллилитрах).
После того, как вы определили и записали объем жидкости (V), поставьте снова эту емкость на весы, только что теперь она будет с жидкостью. Запишите новую массу и обозначьте ее m2. Зная массу пустого сосуда m1 и полного сосуда m2, определите массу жидкости m по формуле: m = m2 – m1. Теперь можно переходить непосредственно к определению плотности ро:ро = m / V,где m и V – масса и объем жидкости, найденные выше.
Помните, что объем жидкости измеряется, как правило, в килограммах на метр кубический или в граммах на сантиметр кубический. Поэтому переводите измеренные величины к одной или второй стандартной системе единиц измерения. Например:1 миллилитр = 1 кубический сантиметр1000 литров = 1 кубический метр1 килограмм = 1000 граммЕсли сосуд с жидкостью достаточно большой, но вы знаете массу пустого сосуда m1 и массу наполненного сосуда m2, то можно поступить следующим образом. Сначала найдите массу жидкости в сосуде по формуле m = m2 – m1. Затем с помощью линейки или рулетки измерьте геометрические размеры сосуда: для прямоугольных сосудов измерьте высоту, ширину и длину, а для цилиндрических – диаметр и высоту. Для нахождения объема прямоугольного сосуда воспользуйтесь формулой:V = a * b * h,где a – ширина, b – длина, h – высота сосуда.
Для нахождения объема цилиндрического сосуда возьмите формулу:V = (pi * d * d * h) / 4,где pi – число Пи, равное 3,14, d – диаметр сосуда, h – его высота (высота уровня жидкости). После нахождения объема найдите плотность жидкости, как и в предыдущем случае, по формуле ро = m / V.
Задача определения плотности намного упрощается, если у вас есть ареометр. Этот прибор представляет собой стеклянную колбу с поплавком и шкалой. Просто опустите его в жидкость таким образом, чтобы он не касался дна, а по шкале в верхней части ареометра посмотрите значение плотности жидкости. Часто ареометром пользуются автолюбители для определения плотности электролита в аккумуляторе.
Источники:
- как найти плотность жидкости
Каждый день люди наблюдают множество объектов вокруг себя. Все они такие разные: большие и маленькие, имеющие простые, незамысловатые и сверхсложные формы. И конечно же, каждый из них имеет разную плотность.
Каждый предмет, который человек ощущает в поле своего зрения, состоит из какого-то вещества. Например, красивый резной стол сделан из дерева, ванная – из метала, а ваза для цветов – из стекла. Каждое из перечисленных выше веществ имеет свою физическую плотность, которая отличает его от других.В физике, для расчета плотности твердых материалов, используют формулу p=m/V, где р – это плотность вещества, m – масса, а V –объем. То есть, для того чтобы узнать плотность твердого тела, необходимо узнать массу и объем, после чего первое значение нужно разделить на второе.Также стоит отметить тот факт, что с понижением температуры плотность практически всех веществ возрастает. А это значит, что одно и то же вещество при одинаковом объеме, но имеющее разную температуру, будет иметь разный вес. Но из каждого правила есть исключения. И в данном случае такими веществами, которые ведут себя не так как все остальные, являются: чугун, бронза и вода. Последняя, к примеру, имеет максимальную плотность при температуре 40С, а вот при дальнейшем изменении температуры в любую сторону, ее плотность падает.Но понятие плотности применяется не только в физике, но и в других науках. Так, например, в социологии есть такое понятие как плотность населения. Это величина, которая отображает населенность определенных территорий. Такими территориями могут быть: планета, континент, страна, область, город, район. Рассчитывается такая плотность следующим образом: численность населения делится на площадь территории. То есть: если на территории в 25км² проживает 1500 людей, то 1500 человек : 25км² =60чел/км². По подсчетах ученных, средняя плотность населения Земли равна 40чел/км². В Европе средняя плотность населения на порядок выше, и составляет около 100чел/км², в то время как на территории Океании эта цифра составляет всего 4чел/км². Средняя плотность населения России – 9чел/км², но нужно учитывать то, что в различных частях страны это значение может отличаться в сотни раз.
Видео по темеИсточники:
Из всех имеющихся методов расчёта плотности жидкости наиболее точным является метод Ганна и Ямады. Метод требует для расчёта плотности жидкости знание одного значения плотности жидкостиρоп при какой-либо температуре Топ:
,(10)где ρ плотность жидкости, кг/м3;
Tr – приведённая температура;
None ТrR, V0r, Г величины, рассчитываемые по формулам:
; 11)если 0,2 < Tr< 1, то(12)если 0,8 < Tr < 1, то:
(13) .(14)Точность метода обычно очень высока, если используются точные значения опорной плотности и критической температуры, ошибка обычно меньше 1 % [1].
[custom_ads_shortcode1]
1.2.2 Расчёт теплоёмкости жидкости
Имеются несколько методов расчёта теплоемкости жидкости, основанных как на методах групповых составляющих, дающих обычно большую точность, так и на использовании принципа соответственных составляющих. Последние методы более удобны с точки зрения реализации их на ЭВМ, из ряда примерно одинаковых по точности методов можно выделить достаточно простой метод Штерлинга – Брауна, в качестве основы для расчёта использующий значение теплоёмкости газа при постоянном давленииср.Эта величинаможет быть найдена как из справочных данных, так и на основеметодагрупповых составляющих. сробычно представляется в виде полинома от температуры [1]:
, (15)где с0р – теплоемкость газа при постоянном давлении, кал/(моль∙К);
Т – температура, К; А, В, С, D – константы полинома. Значения констант А, В, С и D можно рассчитать по методу Рихани и Дорэсвейми.
[custom_ads_shortcode2]
1.2.3 Расчёт давления насыщенных паров жидкостей
Для удобного представления зависимости «давление пара – температура» чаще всего используется уравнение Антуана [1]: , (16)где Pvp – давление насыщенных паров, мм рт. ст.;
Т – температура, К; А, В, С константы уравнения Антуана коэффициент А измеряется в мм рт. ст.).
Константы А, В, С в этом уравнении находятся по экспериментальным данным «давление пара – температура» методом наименьших квадратов. Для предсказания этой независимости предлагается несколько методов, например, уравнение Риделя – Планка – Миллера [1]:
, (17)где Pvp – давление насыщенных паров, мм рт. ст.;
Pc – критическое давление, мм рт. ст.;
Tr – приведённая температура;
G, h, k–величины, рассчитываемые по формулам:
, (18) ; (19) , (20) где Tb – температура кипения при атмосферном давлении, К; Tc – критическая температура, K.
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 = Vpгде 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 константыК оглавлению см. также
- Правила работы с весами
- Определение массы и плотности жидкостей
ActionTeaser.ru – тизерная реклама.
Источники:
- www.spec-kniga.ru
- www.kakprosto.ru
- studfiles.net
- www.himikatus.ru