Относительная плотность - Relative density

Удельный вес
Общие символы	SG
Единица СИ	Безразмерный
Производные от других величин	${\ displaystyle SG _ {\ text {true}} = {\ frac {\ rho _ {\ text {sample}}} {\ rho _ {\ mathrm {H_ {2} O}}}}}$

Относительная плотность или удельный вес , является соотношение от плотности (масса на единицу объема) вещества к плотности данного справочного материала. Удельный вес жидкостей почти всегда измеряется по отношению к самой плотной воде (при 4 ° C или 39,2 ° F); для газов эталоном является воздух комнатной температуры (20 ° C или 68 ° F). Термин «относительная плотность» часто используется в научных целях.

Если относительная плотность вещества меньше единицы, то оно менее плотное, чем эталон; если больше 1, то он плотнее эталона. Если относительная плотность равна точно 1, то плотности равны; то есть равные объемы двух веществ имеют одинаковую массу. Если эталонным материалом является вода, то вещество с относительной плотностью (или удельным весом) менее 1 будет плавать в воде. Например, кубик льда с относительной плотностью около 0,91 будет плавать. Вещество с относительной плотностью больше 1 утонет.

Температура и давление должны быть указаны как для образца, так и для эталона. Давление почти всегда составляет 1 атм (101,325 кПа ). Если это не так, обычно плотность указывается напрямую. Температуры как для образца, так и для эталона варьируются от отрасли к отрасли. В британской пивоваренной практике указанный выше удельный вес умножается на 1000. Удельный вес обычно используется в промышленности как простой способ получения информации о концентрации растворов различных материалов, таких как рассолы , сахарные растворы ( сиропы , соки). , мед, пивное сусло , сусло и т. д.) и кислоты.

Базовый расчет

Относительная плотность ( RD ) или удельный вес ( SG ) является безразмерной величиной , так как это отношение плотности или веса.

${\ displaystyle {\ mathit {RD}} = {\ frac {\ rho _ {\ mathrm {entity}}} {\ rho _ {\ mathrm {reference}}}} \,}$

где RD - относительная плотность, ρ _{субстанция} - это плотность измеряемого вещества, а ρ _reference - плотность эталона. (По соглашению ρ , греческая буква ро обозначает плотность.)

Стандартный образец можно указать с помощью нижних индексов: RD _{вещество / образец} , что означает «относительная плотность вещества по отношению к образцу ». Если ссылка не указана явно, то обычно предполагается, что это вода с температурой 4 ° C (или, точнее, 3,98 ° C , которая является температурой, при которой вода достигает своей максимальной плотности). В единицах СИ плотность воды составляет (приблизительно) 1000  кг / м ³ или 1  г / см ³ , что делает вычисления относительной плотности особенно удобными: плотность объекта нужно всего лишь разделить на 1000 или 1, в зависимости от единицы.

Относительная плотность газов часто измеряется по отношению к сухому воздуху при температуре 20 ° C и абсолютном давлении 101,325 кПа, который имеет плотность 1,205 кг / м ³ . Относительную плотность по отношению к воздуху можно получить следующим образом:

${\ displaystyle {\ mathit {RD}} = {\ frac {\ rho _ {\ mathrm {gas}}} {\ rho _ {\ mathrm {air}}}} \ приблизительно {\ frac {M _ {\ mathrm { газ}}} {М _ {\ mathrm {воздух}}}}}$

Где M - молярная масса, и используется знак приблизительно равенства, потому что равенство имеет место только в том случае, если 1 моль газа и 1 моль воздуха занимают один и тот же объем при данной температуре и давлении, т.е. оба являются идеальными газами . Идеальное поведение обычно наблюдается только при очень низком давлении. Например, один моль идеального газа занимает 22,414 л при 0 ° C и 1 атмосфере, в то время как диоксид углерода имеет молярный объем 22,259 л при тех же условиях.

Те, у кого удельная плотность больше 1, плотнее воды и, не учитывая эффекты поверхностного натяжения , тонут в ней. Те, у кого удельная плотность меньше 1, менее плотны, чем вода, и будут плавать по ней. В научной работе отношение массы к объему обычно выражается непосредственно через плотность (масса на единицу объема) исследуемого вещества. Именно в промышленности удельный вес находит широкое применение, часто по историческим причинам.

Истинный удельный вес жидкости можно математически выразить как:

${\ displaystyle SG _ {\ text {true}} = {\ frac {\ rho _ {\ text {sample}}} {\ rho _ {\ mathrm {H_ {2} O}}}}}$

где ρ _sample - это плотность образца, а ρ _{H 2 O} - плотность воды.

Кажущийся удельный вес - это просто отношение веса равных объемов пробы и воды в воздухе:

${\ displaystyle SG _ {\ text {явный}} = {\ frac {W _ {\ mathrm {A}, {\ text {sample}}}} {W _ {\ mathrm {A}, \ mathrm {H_ {2} O }}}}}$

где W _{A, образец} представляет собой вес образца, измеренный в воздухе, а W _{A, H 2 O} - вес равного объема воды, измеренный в воздухе.

Можно показать, что истинный удельный вес может быть вычислен на основе различных свойств:

${\ displaystyle SG _ {\ text {true}} = {\ frac {\ rho _ {\ text {sample}}} {\ rho _ {\ mathrm {H_ {2} O}}}} = {\ frac {\ frac {m _ {\ text {sample}}} {V}} {\ frac {m _ {\ mathrm {H_ {2} O}}} {V}}} = {\ frac {m _ {\ text {sample}} } {m _ {\ mathrm {H_ {2} O}}}} {\ frac {g} {g}} = {\ frac {W _ {\ mathrm {V}, {\ text {sample}}}} {W_ {\ mathrm {V}, \ mathrm {H_ {2} O}}}}}$

где г представляет собой локальное ускорение силы тяжести, V представляет собой объем образца и воды (то же самое для обоих), ρ _{образец} представляет собой плотность образца, ρ _{Н 2 О} является плотность воды, Вт _V представляет собой Масса, полученная в вакууме, - это масса образца и - масса равного объема воды. ${\ displaystyle {\ mathit {m}} _ {\ text {образец}}}$${\ displaystyle {\ mathit {m}} _ {{\ text {H}} _ {2} {\ text {O}}}}$

Плотность воды зависит от температуры и давления, как и плотность образца. Поэтому необходимо указать температуры и давления, при которых были определены плотности или веса. Почти всегда измерения проводятся при 1 номинальной атмосфере (101,325 кПа ± отклонения от меняющихся погодных условий). Но поскольку удельный вес обычно относится к водным растворам с высокой степенью несжимаемости или другим несжимаемым веществам (таким как нефтепродукты), вариациями плотности, вызванными давлением, обычно пренебрегают, по крайней мере, там, где измеряется кажущийся удельный вес. Для расчета истинного ( в вакууме ) удельного веса необходимо учитывать давление воздуха (см. Ниже). Температуры задаются обозначением ( T _s / T _r ), где T _s представляет собой температуру, при которой была определена плотность образца, а T _r - температура, при которой указывается эталонная плотность (воды). Например, SG (20 ° C / 4 ° C) следует понимать как означающее, что плотность образца была определена при 20 ° C, а плотность воды - при 4 ° C. Учитывая разную температуру образца и эталонную температуру, отметим, что пока SG _{H 2 O} =1.000 000 (20 ° C / 20 ° C), также возможно, что SG _{H 2 O} =^{0,998 203} ⁄_{0,999 840} =0,998 363 (20 ° C / 4 ° C). Здесь температура указывается с использованием текущей шкалы ITS-90, а плотности, используемые здесь и в остальной части этой статьи, основаны на этой шкале. По предыдущей шкале IPTS-68 плотности при 20 ° C и 4 ° C равны0,998 2071 и0,999 9720 соответственно, что дает значение удельной плотности воды (20 ° C / 4 ° C) для воды0,998 2343 .

Поскольку основным применением измерений удельного веса в промышленности является определение концентраций веществ в водных растворах, и поскольку они находятся в таблицах зависимости удельного веса от концентрации, чрезвычайно важно, чтобы аналитик вводил в таблицу правильную форму удельного веса. Например, в пивоваренной промышленности в таблице Платона указана концентрация сахарозы по массе относительно истинной удельной плотности, и она была первоначально (20 ° C / 4 ° C), то есть основана на измерениях плотности растворов сахарозы, полученных при температуре лаборатории (20 ° C). ) , но привязаны к плотности воды при 4 ° с , которая очень близка к температуре , при которой вода имеет максимальную плотность, ρ _{Н 2 о} , равном 999,972 кг / м ³ в единицах СИ (0,999 972  г / см ³ в единицах cgs или 62,43 фунта / куб фут в обычных единицах США ). Таблица ASBC, используемая сегодня в Северной Америке, в то время как она получена из исходной таблицы Платона, предназначена для измерения кажущегося удельного веса при (20 ° C / 20 ° C) по шкале IPTS-68, где плотность воды равна0,998 2071  г / см ³ . В производстве сахара, безалкогольных напитков, меда, фруктовых соков и смежных отраслях концентрация сахарозы по массе взята из таблицы, подготовленной А. Бриксом , в которой используется SG (17,5 ° C / 17,5 ° C). В качестве последнего примера британские единицы SG основаны на эталонной температуре и температуре образца 60 ° F и, таким образом, составляют (15,56 ° C / 15,56 ° C).

Учитывая удельный вес вещества, его фактическую плотность можно рассчитать, переписав приведенную выше формулу:

${\ displaystyle {\ rho _ {\ text {entity}}} = SG \ times \ rho _ {\ mathrm {H_ {2} O}}.}$

Иногда указывается эталонное вещество, отличное от воды (например, воздух), и в этом случае удельный вес означает плотность относительно этого эталона.

Температурная зависимость

См. Плотность для таблицы измеренных плотностей воды при различных температурах.

Плотность веществ изменяется в зависимости от температуры и давления, поэтому необходимо указать температуры и давления, при которых определялись плотности или массы. Почти всегда измерения производятся при номинальной температуре в 1 атмосферу (101,325 кПа, игнорируя изменения, вызванные изменением погодных условий), но поскольку относительная плотность обычно относится к водным растворам с высокой степенью несжимаемости или другим несжимаемым веществам (таким как нефтепродукты), изменения плотности вызванные давлением, обычно не учитываются, по крайней мере, там, где измеряется кажущаяся относительная плотность. Для расчета истинной ( в вакууме ) относительной плотности необходимо учитывать давление воздуха (см. Ниже). Температуры задаются обозначением ( T _s / T _r ), где T _s представляет собой температуру, при которой была определена плотность образца, а T _r - температура, при которой указывается эталонная плотность (воды). Например, SG (20 ° C / 4 ° C) следует понимать как означающее, что плотность образца была определена при 20 ° C, а плотность воды - при 4 ° C. Принимая во внимание различную температуру образца и эталонную температуру, отметим, что хотя SG _{H 2 O} = 1,000000 (20 ° C / 20 ° C), также верно и то, что RD _{H 2 O} =0,998203/0,998840= 0,998363 (20 ° C / 4 ° C). Здесь температура указывается с использованием текущей шкалы ITS-90, а плотности, используемые здесь и в остальной части этой статьи, основаны на этой шкале. По предыдущей шкале IPTS-68 плотности при 20 ° C и 4 ° C составляют, соответственно, 0,9982071 и 0,9999720, в результате чего значение RD (20 ° C / 4 ° C) для воды составляет 0,9982343.

Температуры двух материалов могут быть явно указаны в символах плотности; например:

относительная плотность: 8,15^{20 ° С}
_{4 ° С}; или удельный вес: 2,432¹⁵
₀

где верхний индекс указывает температуру, при которой измеряется плотность материала, а нижний индекс указывает температуру эталонного вещества, с которым он сравнивается.

Использует

Относительная плотность также может помочь количественно оценить плавучесть вещества в жидкости или газе или определить плотность неизвестного вещества по известной плотности другого. Относительная плотность часто используется геологами и минералогами для определения содержания минералов в породе или другом образце. Геммологи используют его как вспомогательное средство при идентификации драгоценных камней . Вода предпочтительна в качестве эталона, потому что измерения затем легко проводить в полевых условиях (см. Ниже примеры методов измерения).

Поскольку основным применением измерений относительной плотности в промышленности является определение концентраций веществ в водных растворах, которые можно найти в таблицах зависимости RD от концентрации, чрезвычайно важно, чтобы аналитик ввел в таблицу правильную форму относительной плотности. Например, в пивоваренной промышленности таблица Плато , в которой указана концентрация сахарозы по массе в сравнении с истинным RD, изначально была (20 ° C / 4 ° C) и основана на измерениях плотности растворов сахарозы, полученных при лабораторной температуре (20 ° C), но с учетом плотности воды при 4 ° C, что очень близко к температуре, при которой вода имеет максимальную плотность ρ ( H
₂O ) равный 0,999972 г / см ³ (или 62,43 фунт · фут ^-3 ). Таблица ASBC, используемая сегодня в Северной Америке, в то время как она получена из исходной таблицы Платона, предназначена для измерений кажущейся относительной плотности при (20 ° C / 20 ° C) по шкале IPTS-68, где плотность воды составляет 0,9982071 г / см ³ . Массовая концентрация сахарозы в производстве сахара, безалкогольных напитков, меда, фруктовых соков и связанных с ними отраслей взята из этой работы, в которой используется SG (17,5 ° C / 17,5 ° C). В качестве последнего примера британские единицы RD основаны на эталонной температуре и температуре образца 60 ° F и, следовательно, составляют (15,56 ° C / 15,56 ° C).

Измерение

Относительную плотность можно рассчитать напрямую, измерив плотность образца и разделив ее на (известную) плотность эталонного вещества. Плотность образца - это просто его масса, деленная на его объем. Хотя массу легко измерить, объем образца неправильной формы бывает труднее определить. Один из способов - поместить образец в заполненный водой градуированный цилиндр и определить, сколько воды он вытеснил. В качестве альтернативы контейнер может быть заполнен до краев, образец погружен в воду и измерен объем перелива. Поверхностное натяжение воды может держать значительное количество воды от переполнения, что особенно проблематично для малых образцов. По этой причине желательно использовать емкость для воды с как можно меньшим отверстием.

Для каждого вещества плотность ρ определяется выражением

${\ displaystyle \ rho = {\ frac {\ text {Mass}} {\ text {Volume}}} = {\ frac {{\ text {Deflection}} \ times {\ frac {\ text {Spring Constant}} { \ text {Gravity}}}} {{\ text {Displacement}} _ {\ mathrm {WaterLine}} \ times {\ text {Area}} _ {\ mathrm {Cylinder}}}} \,}$

Когда эти плотности разделены, ссылки на жесткость пружины, силу тяжести и площадь поперечного сечения просто отменяются, оставляя

${\ displaystyle RD = {\ frac {\ rho _ {\ mathrm {object}}} {\ rho _ {\ mathrm {ref}}}} = {\ frac {\ frac {{\ text {Deflection}} _ { \ mathrm {Obj.}}} {{\ text {Displacement}} _ {\ mathrm {Obj.}}}} {\ frac {{\ text {Deflection}} _ {\ mathrm {Ref.}}} {{ \ text {Displacement}} _ {\ mathrm {Ref.}}}}} = {\ frac {\ frac {3 \ \ mathrm {in}} {20 \ \ mathrm {mm}}} {\ frac {5 \ \ mathrm {in}} {34 \ \ mathrm {mm}}}} = {\ frac {3 \ \ mathrm {in} \ times 34 \ \ mathrm {mm}} {5 \ \ mathrm {in} \ times 20 \ \ mathrm {мм}}} = 1.02 \,}$

Гидростатическое взвешивание

Относительную плотность легче и, возможно, точнее измерить без измерения объема. С помощью пружинных весов образец взвешивается сначала на воздухе, а затем в воде. Затем можно рассчитать относительную плотность (по отношению к воде) по следующей формуле:

${\ displaystyle RD = {\ frac {W _ {\ mathrm {air}}} {W _ {\ mathrm {air}} -W _ {\ mathrm {вода}}}}}$

где

W _воздух - это вес образца в воздухе (измеряется в ньютонах , фунтах-силах или других единицах силы)

W _вода - это вес пробы в воде (измеряется в тех же единицах).

Этот метод нелегко использовать для измерения относительной плотности меньше единицы, потому что тогда образец будет плавать. W _воды становится отрицательной величиной, представляющей силу, необходимую для удержания образца под водой.

Другой практический метод использует три измерения. Образец взвешивают насухо. Затем контейнер, заполненный водой до краев, взвешивают и снова взвешивают с погруженным образцом после того, как вытесненная вода переливается и удаляется. Вычитание последнего показания из суммы первых двух показаний дает вес вытесненной воды. Результат относительной плотности - это вес сухой пробы, деленный на вес вытесненной воды. Этот метод работает с весами, которые не могут легко вместить взвешенный образец, а также позволяет измерять образцы, которые менее плотны, чем вода.

Ареометр

Относительную плотность жидкости можно измерить с помощью ареометра. Он состоит из луковицы, прикрепленной к стеблю с постоянной площадью поперечного сечения, как показано на схеме рядом.

Сначала ареометр помещается в эталонную жидкость (показана голубым цветом) и отмечается смещение (уровень жидкости на стержне) (синяя линия). Эталоном может быть любая жидкость, но на практике это обычно вода.

Затем ареометр погружается в жидкость неизвестной плотности (показана зеленым цветом). Отмечается изменение смещения Δ x . В изображенном примере ареометр немного опустился в зеленой жидкости; следовательно, его плотность ниже, чем у эталонной жидкости. Конечно, необходимо, чтобы ареометр плавал в обеих жидкостях.

Применение простых физических принципов позволяет рассчитать относительную плотность неизвестной жидкости по изменению смещения. (На практике стержень ареометра предварительно размечен делениями, чтобы облегчить это измерение.)

В следующем пояснении

ρ _ref - известная плотность ( масса на единицу объема ) эталонной жидкости (обычно воды).

ρ _new - неизвестная плотность новой (зеленой) жидкости.

RD _{new / ref} - относительная плотность новой жидкости по отношению к эталону.

V - объем вытесненной эталонной жидкости, т.е. красный объем на диаграмме.

m - масса всего ареометра.

g - местная гравитационная постоянная .

Δx - изменение смещения. В соответствии со способом, которым обычно градуируются ареометры, Δ x здесь принимается отрицательным, если линия смещения поднимается на ножке ареометра, и положительным, если она падает. В изображенном примере Δ x отрицательно.

A - площадь поперечного сечения вала.

Поскольку плавающий ареометр находится в статическом равновесии , действующая на него направленная вниз гравитационная сила должна точно уравновешивать восходящую силу плавучести. Гравитационная сила, действующая на ареометр, - это просто его вес в мг . Из Архимеда плавучести принципе, выталкивающая сила , действующая на ареометра равна весу вытесненной жидкости. Этот вес равен массе вытесненной жидкости, умноженной на g , что в случае эталонной жидкости равно ρ _ref Vg . Установив их равными, мы имеем

${\ Displaystyle мг = \ ро _ {\ mathrm {ref}} Vg \,}$

или просто

${\ Displaystyle м = \ ро _ {\ mathrm {ref}} V \,}$

(1)

Точно такое же уравнение применяется, когда ареометр плавает в измеряемой жидкости, за исключением того, что новый объем равен V  -  A Δ x (см. Примечание выше о знаке Δ x ). Таким образом,

${\ displaystyle m = \ rho _ {\ mathrm {new}} (VA \ Delta x) \,}$

(2)

Комбинируя (1) и (2), получаем

${\ displaystyle RD _ {\ mathrm {new / ref}} = {\ frac {\ rho _ {\ mathrm {new}}} {\ rho _ {\ mathrm {ref}}}} = {\ frac {V} { VA \ Delta x}}}$

(3)

Но из (1) имеем V = m / ρ _ref . Подстановка в (3) дает

${\ displaystyle RD _ {\ mathrm {new / ref}} = {\ frac {1} {1 - {\ frac {A \ Delta x} {m}} \ rho _ {\ mathrm {ref}}}}}$

(4)

Это уравнение позволяет рассчитать относительную плотность на основе изменения смещения, известной плотности эталонной жидкости и известных свойств ареометра. Если Δ х мала , то, как приближение первого порядка в геометрической прогрессии уравнения (4) можно записать в виде:

${\ displaystyle RD _ {\ mathrm {new / ref}} \ приблизительно 1 + {\ frac {A \ Delta x} {m}} \ rho _ {\ mathrm {ref}}}$

Это показывает, что при малых Δ x изменения смещения приблизительно пропорциональны изменениям относительной плотности.

Пикнометр

Пикнометра (от греческого : πυκνός (puknos) , что означает «плотный»), также называемый пикнометром или удельные бутылками силы тяжести , это устройство , используемое для определения плотности жидкости. Пикнометр обычно изготавливается из стекла с плотно прилегающей пробкой из матового стекла, через которую проходит капиллярная трубка , так что пузырьки воздуха могут выходить из прибора. Это устройство позволяет точно измерить плотность жидкости относительно соответствующей рабочей жидкости, такой как вода или ртуть , с использованием аналитических весов .

Если колбу взвесить пустой, полной воды и полной жидкости, относительная плотность которой желательна, относительную плотность жидкости можно легко вычислить. Плотность частиц порошка, к которому нельзя применить обычный метод взвешивания, также можно определить с помощью пикнометра. Порошок добавляют в пикнометр, который затем взвешивают, определяя вес образца порошка. Затем пикнометр заполняется жидкостью известной плотности, в которой порошок полностью нерастворим. Затем можно определить вес вытесненной жидкости и, следовательно, относительную плотность порошка.

ПИКНОМЕТР , газ на основе проявление пикнометра, сравнивает изменение давления , вызванное измеренным изменением в замкнутом объеме , содержащей ссылку (обычно стальной шар известного объема) с изменением давления , вызванным образцом под такие же условия. Разница в изменении давления представляет собой объем образца по сравнению с эталонной сферой и обычно используется для твердых частиц, которые могут растворяться в жидкой среде конструкции пикнометра, описанной выше, или для пористых материалов, в которые жидкость не попадет. полностью проникнуть.

Когда пикнометр заполнен до определенного, но не обязательно точно известного объема, V, и помещен на весы, он будет оказывать силу

${\ Displaystyle F_ {b} = г (m_ {b} - \ rho _ {a} {m_ {b} \ over \ rho _ {b}})}$

где m _b - масса бутылки, а g - ускорение свободного падения в том месте, где производятся измерения. ρ _a - плотность воздуха при атмосферном давлении, а ρ _b - плотность материала, из которого сделана бутылка (обычно стекла), так что второй член представляет собой массу воздуха, вытесненного стеклом бутылки, вес которой , по принципу Архимеда необходимо вычесть. Бутылка, конечно, наполнена воздухом, но поскольку этот воздух вытесняет такое же количество воздуха, вес этого воздуха компенсируется весом вытесняемого воздуха. Теперь мы наполняем баллон эталонной жидкостью, например чистой водой. Сила, действующая на чашу весов, становится:

${\ displaystyle F_ {w} = g (m_ {b} - \ rho _ {a} {m_ {b} \ over \ rho _ {b}} + V \ rho _ {w} -V \ rho _ {a }).}$

Если мы вычтем из этого силу, измеренную на пустой бутылке (или тарируем весы перед измерением воды), мы получим.

${\ Displaystyle F_ {ш, п} = gV (\ rho _ {w} - \ rho _ {a})}$

где нижний индекс n указывает, что эта сила не зависит от силы пустой бутылки. Бутылка опорожнена, тщательно высушена и снова наполняется образцом. Сила, за вычетом пустой бутылки, теперь составляет:

${\ Displaystyle F_ {s, n} = gV (\ rho _ {s} - \ rho _ {a})}$

где ρ _s - плотность образца. Соотношение сил образца и воды составляет:

${\ Displaystyle SG_ {A} = {gV (\ rho _ {s} - \ rho _ {a}) \ over gV (\ rho _ {w} - \ rho _ {a})} = {(\ rho _ {s} - \ rho _ {a}) \ over (\ rho _ {w} - \ rho _ {a})}.}$

Это называется кажущейся относительной плотностью и обозначается индексом A, потому что это то, что мы получили бы, если бы мы взяли соотношение чистых весов в воздухе с аналитических весов или использовали ареометр (шток вытесняет воздух). Учтите, что результат не зависит от калибровки весов. Единственное требование - чтобы он читался линейно с силой. RD _A также не зависит от фактического объема пикнометра.

Дальнейшие манипуляции и, наконец, замена RD _V , истинной относительной плотности (используется индекс V, потому что его часто называют относительной плотностью в вакууме ), поскольку ρ _s / ρ _w дает соотношение между кажущейся и истинной относительной плотностью.

${\ displaystyle RD_ {A} = {{\ rho _ {s} \ over \ rho _ {w}} - {\ rho _ {a} \ over \ rho _ {w}} \ over 1 - {\ rho _ {a} \ over \ rho _ {w}}} = {RD_ {V} - {\ rho _ {a} \ over \ rho _ {w}} \ over 1 - {\ rho _ {a} \ over \ rho _ {w}}}}$

В обычном случае мы измеряем веса и хотим получить истинную относительную плотность. Это найдено из

${\ Displaystyle RD_ {V} = RD_ {A} - {\ rho _ {a} \ over \ rho _ {w}} (RD_ {A} -1)}$

Поскольку плотность сухого воздуха при 101,325 кПа при 20 ° C составляет 0,001205 г / см ^3, а плотность воды составляет 0,998203 г / см ^3, мы видим, что разница между истинной и кажущейся относительной плотностью для вещества с относительной плотностью (20 ° C / 20 ° C) около 1,100 составит 0,000120. Если относительная плотность образца близка к плотности воды (например, разбавленные растворы этанола), поправка еще меньше.

Пикнометр используется в стандарте ISO: ISO 1183-1: 2004, ISO 1014-1985 и ASTM стандарт: ASTM D854.

Типы

• Гей-Люссак , грушевидной формы, с перфорированной пробкой, регулируемый, вместимость 1, 2, 5, 10, 25, 50 и 100 мл
• как указано выше, с притертым термометром , отрегулированный, боковая трубка с крышкой
• Хаббарда, для битума и тяжелой сырой нефти , цилиндрического типа, ASTM D 70, 24 мл
• как указано выше, конического типа, ASTM D 115 и D 234, 25 мл
• Ботинок, с вакуумной рубашкой и термометром, емкостью 5, 10, 25 и 50 мл

Цифровые плотномеры

Инструменты, основанные на гидростатическом давлении : эта технология основана на принципе Паскаля, который гласит, что разница давления между двумя точками в вертикальном столбе жидкости зависит от расстояния по вертикали между двумя точками, плотности жидкости и силы тяжести. Эта технология часто используется для измерения уровня жидкости в резервуарах в качестве удобного средства измерения уровня и плотности жидкости.

Преобразователи с вибрирующим элементом: для этого типа инструмента требуется, чтобы вибрирующий элемент находился в контакте с исследуемой жидкостью. Резонансная частота элемента измеряется и связана с плотностью жидкости характеристикой, которая зависит от конструкции элемента. В современных лабораториях точные измерения относительной плотности производятся с помощью колебательных U-образных измерителей. Они могут производить измерения с точностью до 5-6 знаков после запятой и используются в пивоваренной, дистилляционной, фармацевтической, нефтяной и других отраслях промышленности. Приборы измеряют фактическую массу жидкости, содержащейся в фиксированном объеме при температурах от 0 до 80 ° C, но, поскольку они основаны на микропроцессоре, могут вычислять кажущуюся или истинную относительную плотность и содержать таблицы, относящиеся к силе обычных кислот, растворов сахара и т. Д. .

Ультразвуковой преобразователь : ультразвуковые волны проходят от источника через интересующую жидкость в детектор, который измеряет акустическую спектроскопию волн. Такие свойства жидкости, как плотность и вязкость, можно определить по спектру.

Датчик на основе излучения: Излучение проходит от источника через интересующую жидкость и попадает в сцинтилляционный детектор или счетчик. По мере увеличения плотности жидкости регистрируемое излучение будет уменьшаться. Источником обычно является радиоактивный изотоп цезий-137 с периодом полураспада около 30 лет. Ключевым преимуществом этой технологии является то, что прибор не должен контактировать с жидкостью - обычно источник и детектор устанавливаются снаружи резервуаров или трубопроводов.

Датчик выталкивающей силы: выталкивающая сила, создаваемая поплавком в однородной жидкости, равна весу жидкости, вытесняемой поплавком. Так как сила плавучести линейна по отношению к плотности жидкости, в которую погружен поплавок, мера силы плавучести дает меру плотности жидкости. Один коммерчески доступный прибор утверждает, что прибор способен измерять относительную плотность с точностью ± 0,005 единиц RD. Погружная головка зонда содержит пружинно-поплавковую систему с математическими характеристиками. Когда головка погружается в жидкость вертикально, поплавок перемещается вертикально, и положение поплавка контролирует положение постоянного магнита, смещение которого регистрируется концентрическим набором датчиков линейного смещения на эффекте Холла. Выходные сигналы датчиков смешиваются в специальном электронном модуле, который обеспечивает единое выходное напряжение, величина которого является прямой линейной мерой измеряемой величины.

Примеры

Материал	Удельный вес
Бальзовое дерево	0,2
Дубовая древесина	0,75
Спирт этиловый	0,78
Оливковое масло	0,91
вода	1
Айронвуд	1.5
Графитовый	1,9–2,3
Столовая соль	2,17
Алюминий	2,7
Цемент	3,15
Железо	7,87
Медь	8,96
Свинец	11,35
Меркурий	13,56
Обедненный уран	19,1
Золото	19,3
Осмий	22,59

(Образцы могут отличаться, и эти цифры являются приблизительными.) Вещества с относительной плотностью 1 обладают нейтральной плавучестью, вещества с RD больше единицы плотнее воды и поэтому (без учета эффектов поверхностного натяжения ) будут в ней тонуть, а вещества с RD меньше единицы менее плотны, чем вода, и поэтому будут плавать.

Пример:

${\ displaystyle RD_ {H_ {2} O} = {\ frac {\ rho _ {\ mathrm {Material}}} {\ rho _ {\ mathrm {H_ {2} O}}}} \ = RD,}$

Газообразный гелий имеет плотность 0,164 г / л; он в 0,139 раза плотнее воздуха , имеющего плотность 1,18 г / л.

• Обычно моча имеет удельный вес от 1,003 до 1,030. Диагностический тест на удельный вес мочи используется для оценки способности почек к концентрации для оценки мочевыделительной системы. Низкая концентрация может указывать на несахарный диабет , а высокая концентрация может указывать на альбуминурию или глюкозурию .
• Кровь обычно имеет удельный вес примерно 1,060.
• Водка 80 ° proof (40% об.) Имеет удельный вес 0,9498.

Смотрите также

• Плотность в градусах API
• Шкала Боме
• Плавучесть
• Гидравлическая механика
• Гравитация (пиво)
• Ареометр
• Веселый баланс
• Платонова шкала

Ссылки

дальнейшее чтение

• Основы механики жидкости Уайли, Б.Р. Мансон, Д.Ф. Янг и Т.Х. Окиши
• Введение в механику жидкости, четвертое издание, Wiley, версия SI, RW Fox и AT McDonald
• Термодинамика: инженерный подход, второе издание, McGraw-Hill, International Edition, YA Cengel & MA Boles
• Мансон, BR; Д.Ф. Янг; TH Окиши (2001). Основы механики жидкости (4-е изд.). Вайли. ISBN 978-0-471-44250-9.
• Fox, RW; Макдональд, AT (2003). Введение в механику жидкости (4-е изд.). Вайли. ISBN 0-471-20231-2.

внешние ссылки

• Удельный вес материалов