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用电子天平测密度,简单称两次重量就够了吗?

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浏览:- 发布日期:2019-07-04 14:50:45【

根据阿基米德定律:浸在流体中的物体(全部或部分)受到竖直向上的浮力,其大小等于物体所排开流体的重力,用电子天平测量密度的本质就是称量固体在空气中的重量和在液体(如水、乙醇、或被测液体)中的重量,然后计算出密度。

那么,测量密度,只称量两次重量就够了,真的如此简单吗?没有什么因素需要考虑吗?

首先,以测量固体为例,F浮力=ρ液体×g×V排开液体,而液体的密度取决于温度。温度每变化1℃,蒸馏水密度变化0.02%,乙醇和烃类密度变化0.1%。这将在测定的密度中影响到小数点后第三位。为修正温度对密度的影响,需要用温度计测量液体的温度,并查表确定液体(蒸馏水和乙醇)在当前温度下的密度,并使用该密度值ρ液体进行后续的计算。

赛多利斯密度天平

赛多利斯电子天平

其次,将固体浸入在液体中时,将排开一定量的液体, 该液体体积等于该固体的体积。排开液体将导致液面升高,使悬挂盘的连接线浸入更深并产生的额外浮力,该额外的浮力大小取决于浸入固体时液面上升的高度 “h”和连接线的直径d,而液面上升的高度h与液体容器的直径D有关。要提高密度测量的精确度就需要要考虑连接线的浮力,从确定的样品浮力中减去浸入连接线产生的浮力,修正浮力如下:

A (修正) = [1 – 2 ·d²/D² ] · [W (a) – W (fl)]

当需要同时考虑悬线引起的浮力和空气浮力时,固体密度计算公式为:

公式

W (a) = 样品在空气中的重量

W (fl) = 样品在液体中的重量

ρ(fl)=液体密度

ρ(a)=空气密度(一个大气压下,空气密度为0.0012克/立方厘米)

上述影响因素均可做系统误差修正,在密度计算时输入相应的修正因子。此外,还有一些影响因素无法做系统修正,但测量时又必须考虑,如空气气泡。当样品在水中称重时,一个直径为0.5mm的气泡将产生约0.1mg的误差。一个直径为1mm的气泡将产生约0.5mg的误差。一个直径为2mm的气泡将产生一个约为4.2mg的误差。如果被测样品表面不光滑,有孔、槽、坑,浸入在液体中时,在这些部位会产生大量气泡附着在被测样品表面,改变样品在液体中受到的浮力,从而极大影响最终的密度结果。因此测量这类样品时非常重要的工作就是除气泡。除气泡的方法大体有以下几种:事先将样品充分浸润放在液体中;在液体中加入少量表面活性剂;用刷子或注射器打碎或抽干气泡。操作过程中使用镊子或是类似的工具将样品直接放到托盘上,避免气泡产生。

其他方面,诸如固体样品本身较轻体积又大,称量在空气中的重量时要考虑空气浮力的影响;在液体中称重时要根据样品在水中下沉或上浮趋势选用凹型或凸型称盘或换用乙醇做参考液体。这些都是测量密度时需要考虑的因素。

此外,天平可以测绝大多数固体和液体的密度,除了粉末及多孔材料。因为粉末材料在液体中散开无法称量其在液体中的重量,多孔材料浸入在液体中液体会进入到孔内部,致使排开水的体积不等于多孔材料的宏观体积,因此这两类材料无法用天平仅通过在空气中和液体中两次称重测出密度。如果要测,还需要用到比重瓶、恒温水浴等其他外围设备经过更复杂的计算才能测出密度。

而这些问题都可以借助天平的附件,以及相应的算法,修正系数得出准确的密度测量结果。

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