Relativní hustota - Relative density

Specifická gravitace
Společné symboly	SG
Jednotka SI	Bez jednotky
Odvození od jiná množství	${displaystyle SG_ {ext {true}} = {frac {ho _ {ext {sample}}} {ho _ {mathrm {H_ {2} O}}}}}$

Mate US Navy Aviation Boatswain's Mate testuje specifickou hmotnost paliva JP-5

Relativní hustotanebo specifická gravitace,^[1][2] je poměr z hustota (hmotnost jednotkového objemu) látky k hustotě daného referenčního materiálu. Specifická hmotnost kapalin se téměř vždy měří s ohledem na voda v nejhustším (při 4 ° C nebo 39,2 ° F); pro plyny je referencí vzduch při pokojová teplota (20 ° C nebo 68 ° F). Termín „relativní hustota“ je ve vědeckém použití často preferován.

Pokud je relativní hustota látky menší než jedna, pak je méně hustá než referenční látka; pokud je větší než 1, pak je hustší než reference. Pokud je relativní hustota přesně 1, pak jsou hustoty stejné; to znamená, že stejné objemy těchto dvou látek mají stejnou hmotnost. Pokud je referenčním materiálem voda, bude ve vodě plavat látka s relativní hustotou (nebo měrnou hmotností) menší než 1. Například bude plávat kostka ledu s relativní hustotou asi 0,91. Látka s relativní hustotou větší než 1 klesne.

Teplota a tlak musí být specifikovány jak pro vzorek, tak pro referenci. Tlak je téměř vždy 1 bankomat (101.325 kPa ). Pokud tomu tak není, je obvyklejší zadat hustotu přímo. Teploty pro vzorek i referenci se v jednotlivých průmyslových odvětvích liší. V britské pivovarské praxi se měrná hmotnost, jak je uvedeno výše, vynásobí 1000.^[3] Specifická hmotnost se v průmyslu běžně používá jako jednoduchý prostředek k získávání informací o koncentraci roztoků různých materiálů, jako je např solanky, cukr řešení (sirupy, džusy, medy, pivovary mladina, musí atd.) a kyseliny.

Základní výpočet

Relativní hustota (RD) nebo měrná hmotnost (SG) je bezrozměrné množství, protože jde o poměr hustot nebo hmotností

${displaystyle {mathit {RD}} = {frac {ho _ {mathrm {substance}}} {ho _ {mathrm {reference}}}},}$

kde RD je relativní hustota, ρ_látka je hustota měřené látky a ρ_odkaz je hustota reference. (Podle konvence ρ, řecké písmeno rho, označuje hustotu.)

Referenční materiál lze označit pomocí dolních indexů: RD_{látka / reference}, což znamená "relativní hustotu látka s ohledem na odkaz". Pokud odkaz není výslovně uveden, obvykle se předpokládá, že je." voda při 4 °C (nebo přesněji 3,98 °C, což je teplota, při které voda dosáhne své maximální hustoty). v SI jednotek je hustota vody (přibližně) 1 000kg /m³ nebo 1G /cm³, díky kterému jsou výpočty relativní hustoty obzvláště výhodné: hustotu objektu je třeba v závislosti na jednotkách rozdělit pouze na 1 000 nebo 1.

Relativní hustota plynů se často měří s ohledem na sucho vzduch při teplotě 20 ° C a tlaku 101,325 kPa absolutně, který má hustotu 1,205 kg / m³. Relativní hustoty vzhledem ke vzduchu lze získat pomocí

${displaystyle {mathit {RD}} = {frac {ho _ {mathrm {gas}}} {ho _ {mathrm {air}}}} přibližně {frac {M_ {mathrm {gas}}} {M_ {mathrm {vzduch }}}}}$

Kde M je molární hmotnost a používá se přibližně stejné znaménko, protože rovnosti se týká, pouze pokud 1 mol plynu a 1 mol vzduchu zaujímají při dané teplotě a tlaku stejný objem, tj. jsou oba Ideální plyny. Ideální chování je obvykle vidět pouze při velmi nízkém tlaku. Například jeden mol ideálního plynu zaujímá 22,414 L při 0 ° C a 1 atmosféře, zatímco oxid uhličitý má molární objem 22,259 L za stejných podmínek.

Ti, kteří mají SG větší než 1, jsou hustší než voda a budou, bez ohledu na to povrchové napětí efekty, ponořte se do toho. Ti, kteří mají SG menší než 1, jsou méně hustí než voda a budou na ní plavat. Ve vědecké práci je vztah hmotnosti k objemu obvykle vyjádřen přímo jako hustota (hmotnost na jednotku objemu) zkoumané látky. Je to v průmyslu, kde měrná hmotnost nachází široké uplatnění, často z historických důvodů.

Skutečnou měrnou hmotnost kapaliny lze vyjádřit matematicky jako:

${displaystyle SG_ {ext {true}} = {frac {ho _ {ext {sample}}} {ho _ {mathrm {H_ {2} O}}}}}$

kde ρ_vzorek je hustota vzorku a ρ_H2Ó je hustota vody.

Zdánlivá měrná hmotnost je jednoduše poměr hmotností stejných objemů vzorku a vody ve vzduchu:

${displaystyle SG_ {ext {zjevné}} = {frac {W_ {mathrm {A}, {ext {sample}}}} {W_ {mathrm {A}, mathrm {H_ {2} O}}}}}$

kde Ž_Vzorek představuje hmotnost vzorku měřenou na vzduchu a Ž_{A, H2Ó} hmotnost stejného objemu vody měřená ve vzduchu.

Je možné ukázat, že skutečnou specifickou hmotnost lze vypočítat z různých vlastností:

${displaystyle SG_ {ext {true}} = {frac {ho _ {ext {sample}}} {ho _ {mathrm {H_ {2} O}}}} = {frac {frac {m_ {ext {sample}} } {V}} {frac {m_ {mathrm {H_ {2} O}}} {V}}} = {frac {m_ {ext {sample}}} {m_ {mathrm {H_ {2} O}}} } {frac {g} {g}} = {frac {W_ {mathrm {V}, {ext {sample}}}} {W_ {mathrm {V}, mathrm {H_ {2} O}}}}}$

kde G je lokální zrychlení v důsledku gravitace, PROTI je objem vzorku a vody (stejný pro oba), ρ_vzorek je hustota vzorku, ρ_H2Ó je hustota vody, Ž_PROTI představuje váhu získanou ve vakuu, ${displaystyle {mathit {m}} _ {ext {sample}}}$ je hmotnost vzorku a ${displaystyle {mathit {m}} _ {{ext {H}} _ {2} {ext {O}}}}$je hmotnost stejného objemu vody.

Hustota vody se mění s teplotou a tlakem, stejně jako hustota vzorku. Je tedy nutné specifikovat teploty a tlaky, při kterých byly stanoveny hustoty nebo hmotnosti. Téměř vždy platí, že měření se provádějí při 1 nominální atmosféře (101,325 kPa ± odchylky od měnících se povětrnostních vzorů). Ale protože měrná hmotnost se obvykle týká vysoce nestlačitelných vodných roztoků nebo jiných nestlačitelných látek (například ropných produktů), jsou rozdíly v hustotě způsobené tlakem obvykle zanedbávány, přinejmenším tam, kde se měří zjevná měrná hmotnost. Pravda (ve vakuu) výpočty specifické hmotnosti, je třeba vzít v úvahu tlak vzduchu (viz níže). Teploty jsou určeny notací (T_s/T_r), s T_s představující teplotu, při které byla stanovena hustota vzorku a T_r teplota, při které je uvedena referenční (vodní) hustota. Například SG (20 ° C / 4 ° C) by mělo být chápáno tak, že znamená, že hustota vzorku byla stanovena při 20 ° C a vody při 4 ° C. Vezmeme-li v úvahu různé teploty vzorku a referenční teploty, poznamenáváme, že zatímco SG_H2Ó = 1.000000 (20 ° C / 20 ° C), je tomu také tak SG_H2Ó = ​^0.998203⁄_0.999840 = 0.998363 (20 ° C / 4 ° C). Zde se teplota zadává pomocí proudu ITS-90 měřítko a hustoty^[4] použité zde a ve zbytku tohoto článku vycházejí z této stupnice. Na předchozí stupnici IPTS-68 jsou hustoty při 20 ° C a 4 ° C 0.9982071 a 0.9999720 výsledkem je hodnota SG (20 ° C / 4 ° C) pro vodu 0.9982343.

Jelikož hlavním využitím měření měrné hmotnosti v průmyslu je stanovení koncentrací látek ve vodných roztocích a jelikož jsou uvedeny v tabulkách SG versus koncentrace, je nesmírně důležité, aby analytik vstoupil do tabulky se správnou formou měrné hmotnosti. Například v pivovarnickém průmyslu Platónový stůl uvádí hmotnostní koncentraci sacharózy oproti skutečnému SG a původně byla (20 ° C / 4 ° C)^[5] tj. na základě měření hustoty roztoků sacharózy provedených při laboratorní teplotě (20 ° C), ale vztaženo na hustotu vody při 4 ° C, která je velmi blízká teplotě, při které má voda svou maximální hustotu, ρ_H2Ó rovnající se 999,972 kg / m³ v SI jednotky (0.999972 g / cm³ v cgs jednotky nebo 62,43 lb / cu ft in Spojené státy obvyklé jednotky ). The ASBC stůl^[6] dnes se používá v Severní Americe, i když je odvozen z původní Platónovy tabulky, pro měření zjevné měrné hmotnosti při (20 ° C / 20 ° C) na stupnici IPTS-68, kde je hustota vody 0.9982071 g / cm³. V cukru, nealkoholických nápojích, medu, ovocných šťávách a souvisejících průmyslových odvětvích je hmotnostní koncentrace sacharózy převzata z tabulky připravené A. Brix, který používá SG (17,5 ° C / 17,5 ° C). Jako poslední příklad jsou britské jednotky SG založeny na referenční teplotě a teplotě vzorku 60 ° F a jsou tedy (15,56 ° C / 15,56 ° C).

Vzhledem k měrné hmotnosti látky lze její skutečnou hustotu vypočítat přeuspořádáním výše uvedeného vzorce:

${displaystyle {ho _ {ext {substance}}} = SG imes ho _ {mathrm {H_ {2} O}}.}$

Občas je uvedena jiná referenční látka než voda (například vzduch), přičemž v tomto případě specifická hmotnost znamená hustotu ve vztahu k této referenci.

Teplotní závislost

Vidět Hustota pro tabulku naměřených hustot vody při různých teplotách.

Hustota látek se mění s teplotou a tlakem, takže je nutné specifikovat teploty a tlaky, při kterých byly stanoveny hustoty nebo hmotnosti. Téměř vždy platí, že měření se provádějí při nominálně 1 atmosféře (101 325 kPa bez ohledu na variace způsobené změnami povětrnostních podmínek), ale protože relativní hustota obvykle označuje vysoce nestlačitelné vodné roztoky nebo jiné nestlačitelné látky (např. Ropné produkty), změny hustoty způsobené tlakem jsou obvykle zanedbávány alespoň tam, kde se měří zdánlivá relativní hustota. Pravda (ve vakuu) Je třeba vzít v úvahu výpočty relativní hustoty tlaku vzduchu (viz níže). Teploty jsou určeny notací (T_s/T_r) s T_s představující teplotu, při které byla stanovena hustota vzorku a T_r teplota, při které je uvedena referenční (vodní) hustota. Například SG (20 ° C / 4 ° C) by mělo být chápáno tak, že znamená, že hustota vzorku byla stanovena při 20 ° C a vody při 4 ° C. Vezmeme-li v úvahu různé teploty vzorku a referenční teploty, poznamenáváme, že zatímco SG_H2Ó = 1,000000 (20 ° C / 20 ° C) je také případ, že RD_H2Ó = 0.998203/0.998840 = 0,998363 (20 ° C / 4 ° C). Zde se teplota zadává pomocí proudu ITS-90 měřítko a hustoty^[7] použité zde a ve zbytku tohoto článku vycházejí z této stupnice. Na předchozí stupnici IPTS-68 jsou hustoty při 20 ° C a 4 ° C 0,9982071 a 0,9999720, což vede k hodnotě RD (20 ° C / 4 ° C) pro vodu 0,9982343.

Teploty těchto dvou materiálů mohou být výslovně uvedeny v symbolech hustoty; například:

relativní hustota: 8,15^{20 ° C}
_{4 ° C}; nebo měrná hmotnost: 2,432¹⁵
₀

kde horní index udává teplotu, při které se měří hustota materiálu, a dolní index udává teplotu referenční látky, se kterou se porovnává.

Použití

Relativní hustota může také pomoci kvantifikovat vztlak látky v a tekutina nebo plyn, nebo určit hustotu neznámé látky ze známé hustoty jiné. Relativní hustota je často používána geologové a mineralogové pomoci určit minerální obsah horniny nebo jiného vzorku. Gemologové použít jej jako pomůcku při identifikaci drahokamy. Jako reference je upřednostňována voda, protože měření se pak snadno provádí v terénu (příklady metod měření viz níže).

Protože hlavním využitím měření relativní hustoty v průmyslu je stanovení koncentrací látek ve vodných roztocích, které jsou uvedeny v tabulkách RD vs. koncentrace, je nesmírně důležité, aby analytik vstoupil do tabulky se správnou formou relativní hustoty. Například v pivovarnickém průmyslu Platónový stůl, který uvádí hmotnostní koncentraci sacharózy proti skutečnému RD, byl původně (20 ° C / 4 ° C)^[8] to je založeno na měřeních hustoty roztoků sacharózy prováděných při laboratorní teplotě (20 ° C), ale vztaženo na hustotu vody při 4 ° C, která je velmi blízká teplotě, při které má voda maximální hustotu ρ(H
₂Ó) rovnající se 0,999972 g / cm³ (nebo 62,43 lb · ft⁻³). The ASBC stůl^[9] dnes se používá v Severní Americe, zatímco je odvozeno z původní Platónovy tabulky, je pro měření zjevné relativní hustoty při (20 ° C / 20 ° C) na stupnici IPTS-68, kde hustota vody je 0,9982071 g / cm³. Z této práce je převzata hmotnostní koncentrace sacharózy v cukru, nealkoholických nápojích, medu, ovocných šťávách a souvisejících průmyslových odvětvích^[3] který používá SG (17,5 ° C / 17,5 ° C). Jako poslední příklad jsou britské jednotky RD založeny na referenčních a vzorkových teplotách 60 ° F a jsou tedy (15,56 ° C / 15,56 ° C).^[3]

Měření

Relativní hustotu lze vypočítat přímo měřením hustoty vzorku a jeho dělením (známou) hustotou referenční látky. Hustota vzorku je jednoduše jeho hmota děleno jeho objemem. Ačkoli je hmotnost snadno měřitelná, objem nepravidelně tvarovaného vzorku může být obtížnější zjistit. Jednou z metod je vložit vzorek do vody naplněné odměrný válec se stupnicí a odečíst, kolik vody vytěsní. Alternativně lze nádobu naplnit až po okraj, ponořit vzorek a měřit objem přetečení. The povrchové napětí vody může zabránit významnému množství vody přetékat, což je problematické zejména u malých vzorků. Z tohoto důvodu je žádoucí používat nádobu na vodu s co nejmenšími ústy.

Pro každou látku je hustota, ρ, je dána

${displaystyle ho = {frac {ext {Mass}} {ext {Volume}}} = {frac {{ext {Deflection}} imes {frac {ext {Spring Constant}} {ext {Gravity}}}} {{ext {Displacement}} _ {mathrm {WaterLine}} imes {ext {Area}} _ {mathrm {Cylinder}}}},}$

Když jsou tyto hustoty rozděleny, odkazy na konstantu pružiny, gravitaci a plochu průřezu jednoduše zruší a odejdou

${displaystyle RD = {frac {ho _ {mathrm {object}}} {ho _ {mathrm {ref}}}} = {frac {frac {{ext {Deflection}} _ {mathrm {Obj.}}} {{ ext {Displacement}} _ {mathrm {Obj.}}}} {frac {{ext {Deflection}} _ {mathrm {Ref.}}} {{ext {Displacement}} _ {mathrm {Ref.}}}} } = {frac {frac {3 mathrm {in}} {20 mathrm {mm}}} {frac {5 mathrm {in}} {34 mathrm {mm}}}}} = {frac {3 mathrm {in} je 34 mathrm {mm}} {5 mathrm {in} je 20 mathrm {mm}}} = 1,02,}$

Hydrostatické vážení

Relativní hustota se snáze a snad přesněji měří bez měření objemu. Pomocí pružinové stupnice se vzorek zváží nejprve na vzduchu a poté ve vodě. Relativní hustotu (s ohledem na vodu) lze poté vypočítat pomocí následujícího vzorce:

${displaystyle RD = {frac {W_ {mathrm {air}}} {W_ {mathrm {air}} -W_ {mathrm {voda}}}}}$

kde

Ž_vzduch je hmotnost vzorku ve vzduchu (měřeno v kg) newtonů, liber síla nebo jiná jednotka síly)

Ž_voda je hmotnost vzorku ve vodě (měřeno ve stejných jednotkách).

Tuto techniku ​​nelze snadno použít k měření relativních hustot menších než jedna, protože vzorek pak bude plavat. Ž_voda se stává zápornou veličinou představující sílu potřebnou k udržení vzorku pod vodou.

Další praktická metoda využívá tři měření. Vzorek se zváží suchý. Poté se nádoba naplněná vodou až po okraj zváží a poté, co vytěsněná voda přetekla a byla odstraněna, se znovu zváží se vzorkem ponořeným. Odečtením posledního odečtu od součtu prvních dvou odečtů se získá váha vytěsněné vody. Výsledkem relativní hustoty je hmotnost suchého vzorku dělená hmotností vytěsněné vody. Tato metoda pracuje s váhami, které nemohou snadno umístit suspendovaný vzorek, a také umožňuje měření vzorků, které jsou méně husté než voda.

Hustoměr

Relativní hustotu kapaliny lze měřit pomocí hustoměru. Skládá se z baňky připojené ke stonku s konstantní plochou průřezu, jak je znázorněno na sousedním schématu.

Nejprve se hustoměr vznáší v referenční kapalině (zobrazeno světle modře) a přemístění (hladina kapaliny na stopce) je označena (modrá čára). Odkaz může být jakákoli kapalina, ale v praxi to je obvykle voda.

Hustoměr se potom vznáší v kapalině neznámé hustoty (zobrazeno zeleně). Změna posunutí, ΔXje uvedeno. V zobrazeném příkladu hustoměr mírně poklesl v zelené kapalině; proto je jeho hustota nižší než hustota referenční kapaliny. Je samozřejmě nutné, aby hustoměr plaval v obou kapalinách.

Použití jednoduchých fyzikálních principů umožňuje vypočítat relativní hustotu neznámé kapaliny ze změny posunutí. (V praxi je stonek hustoměru předznačen stupnicí, aby se toto měření usnadnilo.)

V následujícím vysvětlení

ρ_ref je známá hustota (Hmotnost za jednotku hlasitost ) referenční kapaliny (obvykle vody).

ρ_Nový je neznámá hustota nové (zelené) kapaliny.

RD_{nový / ref} je relativní hustota nové kapaliny vzhledem k referenční hodnotě.

PROTI je objem vytlačené referenční kapaliny, tj. červený objem v diagramu.

m je hmotnost celého hustoměru.

G je lokální gravitační konstanta.

Δx je změna posunutí. V souladu se způsobem, jakým jsou obvykle hustoměry odstupňovány, ΔX se zde považuje za zápornou, pokud čára výtlaku stoupá na stopce hustoměru, a kladná, pokud klesá. V zobrazeném příkladu ΔX je negativní.

A je plocha průřezu hřídele.

Vzhledem k tomu, že plovoucí hustoměr je uvnitř statická rovnováha, gravitační síla působící dolů musí přesně vyvažovat vztlakovou sílu vzhůru. Gravitační síla působící na hustoměr je jednoduše jeho váha, mg. Z Archimedes vztlak V zásadě se vztlaková síla působící na hustoměr rovná hmotnosti vytlačené kapaliny. Tato hmotnost se rovná hmotnosti vytlačené kapaliny vynásobené G, což v případě referenční kapaliny je ρ_refVg. Stanovení těchto rovných máme

${displaystyle mg = ho _ {mathrm {ref}} Vg,}$

nebo prostě

${displaystyle m = ho _ {mathrm {ref}} V,}$

(1)

Přesně stejná rovnice platí, když je hustoměr plovoucí v měřené kapalině, kromě toho, že je nový objem PROTI - AΔX (viz poznámka výše o znaménku ΔX). Tím pádem,

${displaystyle m = ho _ {mathrm {new}} (V-ADelta x),}$

(2)

Kombinace výtěžků (1) a (2)

${displaystyle RD_ {mathrm {new / ref}} = {frac {ho _ {mathrm {new}}} {ho _ {mathrm {ref}}}} = {frac {V} {V-ADelta x}}}$

(3)

Ale od (1) máme PROTI = m/ρ_ref. Nahrazení do (3) dává

${displaystyle RD_ {mathrm {new / ref}} = {frac {1} {1- {frac {ADelta x} {m}} ho _ {mathrm {ref}}}}}$

(4)

Tato rovnice umožňuje vypočítat relativní hustotu ze změny výtlaku, známé hustoty referenční kapaliny a známých vlastností hustoměru. Pokud ΔX je potom malý jako aproximace prvního řádu z geometrické řady rovnici (4) lze napsat jako:

${displaystyle RD_ {mathrm {new / ref}} přibližně 1+ {frac {ADelta x} {m}} ho _ {mathrm {ref}}}$

To ukazuje, že pro malé ΔX, změny posunutí jsou přibližně úměrné změnám relativní hustoty.

Pyknometr

Prázdný skleněný pyknometr a zátka

Plný pyknometr

A pyknometr (z řecký: πυκνός (puknos) znamená "hustý"), také nazývaný pyknometr nebo láhev o specifické hmotnosti, je zařízení sloužící k určení hustota kapaliny. Pyknometr je obvykle vyroben z sklenka, těsně přiléhající matnice zátka s kapilární trubice skrz něj, aby z přístroje mohly unikat vzduchové bubliny. Toto zařízení umožňuje přesné měření hustoty kapaliny odkazem na vhodnou pracovní kapalinu, jako je např voda nebo rtuť pomocí analytická rovnováha.^{[Citace je zapotřebí ]}

Pokud je baňka zvážena prázdná, plná vody a plná kapaliny, jejíž relativní hustota je požadována, lze relativní hustotu kapaliny snadno vypočítat. The hustota částic prášku, na který nelze použít obvyklou metodu vážení, lze také určit pomocí pyknometru. Prášek se přidá do pyknometru, který se poté zváží, čímž se získá hmotnost vzorku prášku. Pyknometr je poté naplněn kapalinou o známé hustotě, ve které je prášek zcela nerozpustný. Poté lze určit hmotnost vytlačené kapaliny, a tedy relativní hustotu prášku.

A plynový pyknometr, plynový projev pyknometru, porovnává změnu tlaku způsobenou změřenou změnou uzavřeného objemu obsahujícího referenci (obvykle ocelová koule známého objemu) se změnou tlaku způsobenou vzorkem za stejných podmínek. Rozdíl ve změně tlaku představuje objem vzorku ve srovnání s referenční koulí a obvykle se používá pro pevné částice, které se mohou rozpouštět v kapalném médiu výše popsaného designu pyknometru, nebo pro porézní materiály, do kterých by kapalina nepronikla. plně proniknout.

Když je pyknometr naplněn na konkrétní, ale ne nutně přesně známý objem, PROTI a je kladen na rovnováhu, vyvine sílu

${displaystyle F_ {b} = g (m_ {b} -ho _ {a} {m_ {b} přes ho _ {b}})}$

kde m_b je hmotnost láhve a G the gravitační zrychlení v místě, kde se provádějí měření. ρ_A je hustota vzduchu při okolním tlaku a ρ_b je hustota materiálu, z něhož je láhev vyrobena (obvykle sklo), takže druhým členem je hmotnost vzduchu vytlačeného sklem láhve, jehož hmotnost Archimédův princip musí být odečteno. Láhev je samozřejmě naplněna vzduchem, ale protože tento vzduch vytlačuje stejné množství vzduchu, jeho hmotnost se zruší hmotností vytlačeného vzduchu. Nyní naplníme láhev referenční tekutinou, např. čistá voda. Síla vyvíjená na misku váhy se stává:

${displaystyle F_ {w} = g (m_ {b} -ho _ {a} {m_ {b} nad ho _ {b}} + Vho _ {w} -Vho _ {a}).}$

Pokud od toho odečteme sílu naměřenou na prázdné láhvi (nebo vytárujeme rovnováhu před provedením měření vody), získáme ji.

${displaystyle F_ {w, n} = gV (ho _ {w} -ho _ {a})}$

kde dolní index n indikoval, že tato síla je očištěna od síly prázdné láhve. Láhev je nyní vyprázdněna, důkladně vysušena a znovu naplněna vzorkem. Síla čisté sítě prázdné láhve je nyní:

${displaystyle F_ {s, n} = gV (ho _ {s} -ho _ {a})}$

kde ρ_s je hustota vzorku. Poměr sil vzorku a vody je:

${displaystyle SG_ {A} = {gV (ho _ {s} -ho _ {a}) nad gV (ho _ {w} -ho _ {a})} = {(ho _ {s} -ho _ { a}) nad (ho _ {w} -ho _ {a})}.}$

Tomu se říká zdánlivá relativní hustota, označovaná dolním indexem A, protože to je to, co bychom získali, kdybychom z analytických vah vzali poměr čistého vážení ve vzduchu nebo použili hustoměr (dřík vytlačuje vzduch). Výsledek nezávisí na kalibraci váhy. Jediným požadavkem je, aby to bylo lineárně čteno silou. Ani ne RD_A závisí na skutečném objemu pyknometru.

Další manipulace a nakonec substituce RD_PROTI, skutečná relativní hustota (používá se dolní index V, protože se často označuje jako relativní hustota ve vakuu), pro ρ_s/ρ_w udává vztah mezi zdánlivou a skutečnou relativní hustotou.

${displaystyle RD_ {A} = {{ho _ {s} over ho _ {w}} - {ho _ {a} over ho _ {w}} over 1- {ho _ {a} over ho _ {w} }} = {RD_ {V} - {ho _ {a} přes ho _ {w}} přes 1- {ho _ {a} přes ho _ {w}}}}$

V obvyklém případě budeme mít naměřené hmotnosti a chceme skutečnou relativní hustotu. Toto je nalezeno z

${displaystyle RD_ {V} = RD_ {A} - {ho _ {a} over ho _ {w}} (RD_ {A} -1)}$

Protože hustota suchého vzduchu při 101,325 kPa při 20 ° C je^[10] 0,001205 g / cm³ a obsah vody je 0,998203 g / cm³ vidíme, že rozdíl mezi skutečnou a zdánlivou relativní hustotou pro látku s relativní hustotou (20 ° C / 20 ° C) asi 1,100 by byl 0,000120. Pokud je relativní hustota vzorku blízká hustotě vody (například zředěných ethanolových roztoků), je korekce ještě menší.

Pyknometr se používá v normě ISO: ISO 1183-1: 2004, ISO 1014–1985 a ASTM standard: ASTM D854.

Typy

• Gay-Lussac, hruškovitého tvaru, s perforovanou zátkou, upravená, objem 1, 2, 5, 10, 25, 50 a 100 ml
• jak je uvedeno výše, s uzemněním teploměr, upraveno, boční trubka s víčkem
• Hubbard, pro živice a těžké ropy, válcového typu, ASTM D 70, 24 ml
• jak je uvedeno výše, kónický typ, ASTM D 115 a D 234, 25 ml
• Boot, s vakuovým pláštěm a teploměrem, kapacita 5, 10, 25 a 50 ml

Digitální hustoměry

Přístroje založené na hydrostatickém tlaku: Tato technologie se opírá o Pascalov princip, který uvádí, že tlakový rozdíl mezi dvěma body ve svislém sloupci tekutiny závisí na svislé vzdálenosti mezi těmito dvěma body, hustotě tekutiny a gravitační síle. Tato technologie se často používá pro měření v nádržích jako vhodný prostředek pro měření hladiny a hustoty kapaliny.

Snímače vibračních prvků: Tento typ nástroje vyžaduje, aby byl vibrační prvek umístěn do kontaktu se sledovanou tekutinou. Měří se rezonanční frekvence prvku a souvisí s hustotou tekutiny charakterizací, která závisí na konstrukci prvku. V moderních laboratořích se provádějí přesná měření relativní hustoty oscilační U-trubice metrů. Ty jsou schopné měřit na 5 až 6 místech za desetinnou čárkou a používají se v pivovarnictví, destilaci, farmaceutickém, ropném a jiném průmyslu. Přístroje měří skutečnou hmotnost tekutiny obsažené ve stálém objemu při teplotách mezi 0 a 80 ° C, ale protože jsou založeny na mikroprocesoru, mohou vypočítat zdánlivou nebo skutečnou relativní hustotu a obsahují tabulky týkající se těchto sil sil běžných kyselin, roztoků cukru atd. .

Ultrazvukový převodník: Ultrazvukové vlny jsou vedeny ze zdroje přes sledovanou tekutinu do detektoru, který měří akustickou spektroskopii vln. Ze spektra lze odvodit vlastnosti kapaliny, jako je hustota a viskozita.

Radiační měřidlo: Radiace prochází ze zdroje přes sledovanou tekutinu do scintilačního detektoru nebo čítače. Jak se zvyšuje hustota kapaliny, detekované „počty“ záření se snižují. Zdrojem je obvykle radioaktivní izotop cesium-137 s poločasem rozpadu asi 30 let. Klíčovou výhodou této technologie je, že se nevyžaduje, aby byl přístroj v kontaktu s kapalinou - zdroj a detektor jsou obvykle namontovány na vnější straně nádrží nebo potrubí.^[11]

Plovoucí snímač síly: vztlaková síla produkovaná plovákem v homogenní kapalině se rovná hmotnosti kapaliny, která je plovákem vytlačena. Vzhledem k tomu, že vztlaková síla je lineární vzhledem k hustotě kapaliny, ve které je plovák ponořen, poskytuje míra vztlakové síly míru hustoty kapaliny. Jedna komerčně dostupná jednotka tvrdí, že přístroj je schopen měřit relativní hustotu s přesností ± 0,005 RD jednotek. Ponorná hlavice sondy obsahuje matematicky charakterizovaný systém pružina-plovák. Když je hlava ponořena svisle do kapaliny, plovák se pohybuje svisle a poloha plováku ovládá polohu permanentního magnetu, jehož posun je snímán soustřednou soustavou Hallových snímačů lineárního posunutí. Výstupní signály senzorů jsou smíchány ve vyhrazeném elektronickém modulu, který poskytuje jediné výstupní napětí, jehož velikost je přímým lineárním měřením měřené veličiny.^[12]

Příklady

(Vzorky se mohou lišit a tyto údaje jsou přibližné.) Látky s relativní hustotou 1 neutrálně vznášejí, látky s RD větším než jedna jsou hustší než voda, a tak (ignoruje povrchové napětí účinky) se v něm potopí a ti, kteří mají RD menší než jeden, jsou méně hustí než voda, a tak budou plavat.

Příklad:

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

Hélium plyn má hustotu 0,164 g / l;^[13] je 0,139krát hustší než vzduch, který má hustotu 1,18 g / l.^[13]

• Moč normálně má měrnou hmotnost mezi 1,003 a 1,030. Diagnostický test specifické hmotnosti moči se používá k hodnocení schopnosti koncentrace ledvin pro hodnocení močového systému.^[14] Nízká koncentrace může naznačovat diabetes insipidus, zatímco vysoká koncentrace může naznačovat albuminurie nebo glykosurie.^[14]
• Krev normálně má měrnou hmotnost přibližně 1,060.
• Vodka 80 ° důkaz (40% v / v) má měrnou hmotnost 0,9498.^[15]

Viz také

• Gravitace API
• Baumého stupnice
• Vztlak
• Mechanika tekutin
• Gravitace (pivo)
• Hustoměr
• Veselá rovnováha
• Platónova stupnice

Reference

Další čtení

• Základy mechaniky tekutin Wiley, B.R. Munson, D.F. Young & T.H. Okishi
• Úvod do mechaniky tekutin Čtvrté vydání, Wiley, verze SI, R.W. Fox & A.T. McDonald
• Termodynamika: Inženýrský přístup Druhé vydání, McGraw-Hill, Mezinárodní vydání, Y.A. Cengel & M.A. Boles
• Munson, B. R .; D. F. Young; T. H. Okishi (2001). Základy mechaniky tekutin (4. vydání). Wiley. ISBN  978-0-471-44250-9.
• Fox, R. W .; McDonald, A. T. (2003). Úvod do mechaniky tekutin (4. vydání). Wiley. ISBN  0-471-20231-2.

externí odkazy

• Specifická hmotnost materiálů