Опис приладів і методика вимірювання

ВИМІРЮВАННЯ ГУСТИНИ ТВЕРДИХ СИПУЧИХ ТІЛ МЕТОДОМ ОБ’ЄМОМЕТРА

Мета роботи: використовуючи закон Бойля-Маріотта, практично засвоїти метод вимірювання густини твердих сипучих тіл.

Прилади і матеріали: спеціальне устаткування з шкалою й колбою зі шліфованим з’єднанням, барометр, терези, тверда сипуча речовина (зерно, пісок).

Існує багато способів визначення густини твердих тіл. Найпоширенішим способом визначення густини тіл неправильної геометричної форми є гідростатичне зважування, в основі якого лежить закон Архімеда. Він вимагає занурення досліджуваного тіла в рідину.

Проте це незастосоване для розчинних твердих тіл і тіл, властивості яких можуть мінятися під час такого занурення, а також під час налипання бульбашок повітря на дрібнозернисту сипучу речовину. Наприклад, під час визначення густини насіння с/г продуктів відбувається налипання бульбашок, а саме насіння набухає. Цього можна уникнути, використовуючи метод об'ємометра.

Як відомо, густина тіла визначається як відношення маси тіла до його об'єму :

. (1)

розмірність якої в системі СІ буде 1 кг/м³. Маса тіла визначається зважуванням. Визначення об'єму сипучих твердих тіл за допомогою об’ємометра базується на застосуванні закону Бойля-Маріотта:

. (2)

Рис.9.

Об’ємометр (рис.9) складається з невеликої колби А, яка за допомогою шліфа і ґумової трубки з'єднаної з манометром. Манометр складається з двох вертикальних скляних трубок в і С, закріплених у штативі й з’єднаних знизу ґумовою трубкою. Він наповнений манометричною рідиною, у даному випадку водою. Права трубка С може пересуватися вверх (вниз) і закріплюватися в потрібному положенні ґвинтом . Трубка В проградуйована в кубічних сантиметрах (мілілітрах). Кран К слугує для з'єднання (роз’єднання) колби з зовнішнім середовищем. Припустимо, що повітря міститься в колбі 1 у верхній частині трубки В під атмосферним тиском займає деякий початковий об’єм , коли кран К закритий. Опускаючи рухому трубку С манометра, збільшимо ізотермічно цей об’єм на величину . Одночасно з цим у колбі тиск зменшиться до величини , де , визначається через різницю рівнів рідини в манометричних трубках В і С. Для повітря, яке перебуває в колбі й у верхній частині трубки В, на основі закону Бойля-Маріотта (2) можна записати:

. (3)

Звідси початковий об’єм буде:

. (4)

Помістимо в колбу досліджувану тверду сипучу речовину й повторимо попередні операції, за тієї ж зміни об’єму . Початковий об’єм у цьому разі дорівнюватиме де, - об’єм досліджуваної речовини, а – тиск i - об’єм після опускання рухомої трубки манометра. Тоді на основі закону Бойля-Маріотта матимемо:

,

звідки

. (5)

Підставляючи сюди значення в рівняння (4), одержимо:

. (6)

Масу сипучої речовини разом із колбою , і масу порожньої колби отримуємо після їх зважування на технічних терезах. Тоді масу досліджуваної речовини знайдемо за формулою:

. (7)

Підставляючи вирази (6) і (7) в рівняння (1), одержимо робочу формулу для визначення густини твердої сипучої речовини:

. (8)

Зауваження: У роботі манометричною рідиною є вода, густина якої кг/м³. Атмосферний тиск визначимо барометром у мм ртутного стовпа (мм.рт.ст.), а додаткові тиски - в мм водяного стовпа (мм.вод.ст). Перейдемо до однієї розмірності величин , виразивши їх у мм.рт.ст.

(мм.рт.ст.); (мм.рт.ст.),

де - густина ртуті кг/м³.

Тоді формула (8) набуде такого остаточного вигляду:

. (9)

Дата добавления: 2014-12-10