Жидкости

Взвешиваем на весах с различной точностью медицинский шприц, набираем в него максимальный объем жидкости, рассчитываем массу жидкости, результаты заносим в табл. 4; затем сливаем 2 мл жидкости в емкость и снова взвешиваем и определяем массу жидкости, результаты заносим в табл. 4, выполняем таким образом замеры в пяти точках шприца. По полученным результатам масс жидкости и объемам рассчитываем плотность жидкости pi и рг. Затем рассчитываем средне­арифметические значения плотностей. По среднеарифметическому значению плотности рг выбираем ареометр соответствующего диапа­зона измерения из набора ареометров, опускаем его в цилиндр с иссле­дуемой жидкостью. При погружении в жидкость ареометр, согласно за­кону Архимеда, испытывает действие выталкивающей силы, равной весу вытесненной ареометром жидкости. По мере погружения арео­метра постепенно увеличивается вес жидкости в объеме погруженной части ареометра, т.е. возрастает выталкивающая сила. В тот момент, когда выталкивающая сила становится равной весу всего ареометра, наступает состояние равновесия: ареометр больше не погружается и начинает плавать в жидкости. Глубина погружения, при которой арео­метр приходит в равновесие и начинает плавать, зависит от плотности жидкости. Чем больше плотность жидкости, тем меньше должна быть глубина погружения ареометра, чтобы вес жидкости в объеме погру­женной части стал равен общему весу ареометра. Наоборот, чем мень­ше плотность жидкости, тем больше глубина погружения ареометра.

Таким образом, числовые значения плотности на шкале арео­метра должны располагаться в возрастающем порядке сверху вниз, т.е. штрихи, соответствующие меньшей плотности, должны находиться в верхней части шкалы, а штрихи, соответствующие большей плотности, - в нижней.

При погружении ареометра в жидкость ее поверхность в месте соприкосновения со стержнем ареометра несколько искривляется и во­круг стержня образуется так называемый мениск (рис. 1). Мениск иг­рает большую роль при измерении плотности, поэтому необходимо

хорошо разобраться в явлениях, обусловливающих образование мени­ска. Как известно, между молекулами всякого тела существует взаим­ное притяжение (сцепление), причем действие сил, вызывающих это явление, проявляется на очень малых расстояниях. Каждая молекула притягивает к себе все окружающие ее молекулы, расположенные внутри сферы молекулярного действия. Эта сфера описывается радиу­сом, равным наибольшему расстоянию, на котором еще обнаружива­ются силы сцепления. Радиус молекулярного действия в жидкости ра­вен примерно 0,001 мк. Рассмотрим несколько молекул жидкости, ле­жащих в различных слоях. Если молекула находится на таком расстоя­нии от поверхности жидкости, то сфера действия находится целиком в жидкости и данная молекула испытывает одинаковое со всех сторон притяжение окружающих ее молекул, а равнодействующая этих сил сводится к нулю.

В ином положении оказы­ваются молекулы, лежащие в по­верхностном слое, толщина ко­торого меньше радиуса молеку­лярного действия. В этом случае сфера действия молекулы лишь частично расположена внутри жидкости, т.е. над данной моле­кулой находится меньше моле­кул, чем под ней, в результате че­го на нее действует притягиваю­щая сила, направленная внутрь жидкости, перпендикулярно к ее поверхности.

Таким образом, молекулы поверхностного слоя толщиной

в радиус молекулярного действия притягиваются к внутренним слоям жидкости, т.е. поверхностный слой оказывает давление на всю жид­кость. Это давление, называемое молекулярным давлением, направлено перпендикулярно к поверхности. Молекулярное давление в жидкостях

весьма велико; для воды, например, оно достигает приблизительно 17000 ат.

По нижнему мениску считываем показания ареометра, измеряем температуру исследуемой жидкости, результаты заносим в табл. 4.

Таблица 4. Результаты измерений и расчетов плотности жидкости

Примечание. В данном случае m₁ ,, тг - результаты измерения массы на весах с точностью взвешивания до 1,0 и 0,02 г соответственно.

Изменение температуры тела вызывает соответствующее изме­нение его объема: с повышением температуры тело расширяется, а с понижением - сжимается. При этом объем различных тел изменяется по-разному. Весьма существенное влияние температура оказывает на объем жидкостей, в частности на объем горючего и смазочных масел. Так, например, при изменении температуры всего лишь на 1 °С объем бензина изменяется в среднем примерно на 0,1 %. Следовательно, плотность жидкостей в значительной степени зависит от температу­ры, и всегда необходимо указывать температуру, при которой изме­рялась плотность. Плотность во всех случаях должна соответствовать той температуре, при которой определялся объем жидкости. В отечест­венных нормативных документах температура 20 °С считается «нор­мальной». Для пересчета плотности, измеренной при одной тем­пературе, на плотность при другой температуре используется сле­дующая формула:

p^T=p^t+k(t-T),

где р^г- плотность жидкости при температуре Т, г/см³;

р' - плотность жидкости при температуре измерения t, г/см³; к - средняя температурная поправка, г/см • 1 °С, показывающая, насколько изменится плотность данной жидкости при изменении температуры на 1 °С.

Средняя температурная поправка к плотности данной жидкости в некотором промежутке температур равна произведению плотности на средний коэффициент объемного расширения жидкости в том же промежутке температур. Применительно к нормальной температуре формула принимает вид

p²⁰ = p^t+k(t-20).

Значения температурной поправки для горючего и смазочных масел приведены в табл. 5.

Примечание. Температурная поправка к плотности некоторых специ­альных жидкостей имеет следующие значения: охлаждающая жидкость -0,000525 г/см³ • 1 °С; глицерин - 0,000615 г/см³ ■ 1 °С; тормозные жидкости -0,000830 г/см³ • 1 °С.

Пересчет зависимости плотности горючего и смазочных масел от температуры можно выполнять по номограмме, приведенной на рис. 2.

Рис. 2. Номограмма зависимости плотности горючего и смазочных масел от температуры

Выполнив все расчеты, рассчитайте погрешности по формулам:

А₂ = р₂ - Рср.ар-

ОТЧЕТ О ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТАХ

Отчет должен содержать:

- цель работы;

- теоретическую часть;

- практическую часть (результаты измерений и расчетов в форме
таблиц);

- вывод (классифицикация полученных результатов плотности
по видам, способам и методам измерений).

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ И ЗАДАНИЯ

1. Дайте определение физической величине и приведите ее ха­
рактеристики.

2. Что такое измерение?

3. Классифицируйте виды измерения.

4. Классифицируйте способы измерения.

5. Классифицируйте методы измерения.

6. Что такое прямые измерения?

7. Дайте определение абсолютной погрешности измерения.

8. Дайте определение меры, однозначной и многозначной меры,
набора мер.

9. Где указывается номинальное значение меры?

10. Что такое косвенные, совместные и совокупные измерения?

11. Классифицируйте измерения по характеру изменения изме­
ряемой ФВ.

12. На каком физическом законе основано определение плотности
ареометром?

13. Что такое магазин мер?