玛芝哈克密度仪的设计与测定方法
时间：2014-12-05 阅读：471
测定固体的密度是基于阿基米得原理：
一个浸入液体的固体将受到浮力的作用.浮力的值等于固体排开液体体积的重量。
用比重天平可秤取固体在空气中与在水中的称量,那么如果已知产生浮力的液体密度,则固体的密度由下式决定:
或者，如果已知浸入的固体的体积,那么液体的密度由下式决定:
ρ=固体密度 ρ(fl)=液体密度
W(a)=固体在空气中的重量 W(fl)= 固体在液体中的重量
G = 被浸入液体的浮力 V =液体的体积
＃如果您只需要测定的密度精度到小数点一位至二位,那么用以上提及的公式来测定固体的密度就足够了.
误差来源和修正方法：
＃如果您所需要测定的密度精度到小数点三位, 请考虑以下的误差及修正因子:
1、温度将影响产生浮力的液体密度
2、在空气中称量时空气浮力的影响
3、当样品浸入时, 所装配的悬挂盘浸入深度的变化
4、悬挂盘的悬吊线所产生的液体吸附力
5、样品上的气泡
以上的某些误差可以通过如下的步骤修正:
A、测量有关液体的温度并修正相应的密度值：补偿设定
B、定义用于装载液体的容器的内径：大尺寸水槽的设计
1、液体密度与温度的关系：
产生浮力的液体密度取决于温度.温度每变化1℃,相应密度的变化
A、蒸馏水变化0.02%
B、酒精和烃类变化0.1%
换句话说,这将在测定的密度中影响到小数点的第三位.
为修正温度对密度的影响,请进行以下步骤:
A、用随装置提供的温度计测量液体的温度
B、找zui常使用的液体,水和酒精,在不同测量温度下的密度,并使用该密度值ρ(fl).
2、空气浮力：
空气的重量取决于它的温度,湿度和气压. 1立方厘米的空气的重量大约为1.2mg. 当在空气中称量时,一个固体每1cm3的体积都将受到相应这样一个浮力的作用.
如果要求空气浮力带来的误差不允许出现在小数点第三位,就应该进行修正.
下面的公式用于空气浮力的修正:
这里: ρ(a) = 标准条件下空气的密度(温度20℃ , 压力101.325kPa)
3、浸入深度：
在液体中称量时,承载或浸入样品的吊栏连接于四根线并浸入液体表面以下约30mm.
因为在每次称量前天平均要扣重, 因此由称量装置浸入部分所产生的浮力将不会对密度测定产生影响.
但当一个固体样品在液体中称量时, 所排开的液体体积对应于液体样品的体积. 这将使悬挂盘的吊线被浸入到更深的位置,从而产生一个附加的浮力，造成密度测定的一个误差. 使用下面的公式来修正这个误差:
因为修正因子仅由测量装置的几何尺寸来决定, 所以在测定固体的密度时, 请一定使用大直径的水槽.在没有修正因子时可降低误差。
4、在线的液体吸附力
当样品容器(或筛网)浸入到产生浮力的液体中时, 液体由于吸附作用而附在线上, 并产生了一个约3毫克左右的附加的重量.
因为样品容器(或筛网)在空气中和在液体中称量时均浸入在产生浮力的液体中, 而且每次测量开始时天平均要去皮,因此弯月形对象的影响可以忽略.
为了减少表面张力和在线液体的摩擦, 可在烧杯里的蒸馏水中加入三滴抗静电剂或一般的洗涤剂.
因为液体附着在线上,可能即使在稳定符号”g”出现以后, 重量仍在缓慢变化.因此,在”g”显示后立即读出重量.
5、空气气泡
由附着在样品上的空气气泡引起的测量误差可以由下面的方法来估计.
当样品在水中称重时,
一个直径为0.5mm的气泡将产生一个小于0.1mg的附加的浮力.
一个直径为1mm的气泡将产生一个0.5mg的附加的浮力.
一个直径为2mm的气泡将产生一个约为4.2mg的附加的浮力.
更大的气泡必须用刷子或其它工具去除.可以在称量前在另一个容器中打湿样品.
固体密度的测定：(使用蒸馏水.)
W(a)和G的单位是g, G=W(a)-W(fl)
ρ(fl)的单位是g/cm3
密度小于1g/cm3的固体密度的测定：
方法一：
依然用蒸馏水产生浮力，利用抗浮架。测定时先放样品于水面，再浸入于抗浮架下。也可用镊子或其它工具直接将样品置于抗浮架下。如果样品产生的浮力太大以至筛网无法将其浸入网下，则可在框架顶部称盘添加一重量来增加筛网的重量
方法二：
使用一种低于被测物体密度的液体来产生浮力，推荐用乙醇（密度zui高约为0.8g/cm3）乙醇的密度ρ(fl)（与温度的关系）可查到。
结果中乙醇表面张力带来的负面影响比使用蒸馏水更小，因此可不考虑张力的影
响。
当使用乙醇时，您必需注意安全因素。
如果固体的密度与蒸馏水的密度只有轻微的差异，测定就只能使用方法二，因为如果使用方法一，样品悬浮在水中，可能产生测量误差。
当测定粉粒密度时也只能使用方法二，因为用方法一很难在筛网下得到全部的样品。在样品可能被乙醇破坏或溶解时禁止使用。
测量步骤（针对方法一）
W(a)和G的单位是g, G=W(a)-W(fl)
ρ(fl)的单位是g/cm3
液体密度的测定：
在平台的*放置小口径的烧杯(ф55mm)
在烧杯中注满被测液体使其高于玻璃铅垂10mm
测定浮力G=W(a)-W(fl)
G的单位是g, V的单位是cm3 此玻璃铅垂的体积是可自由设定。
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