Относительная плотность

Удельный вес
Удельный вес
Общие символы	СГ
И объединились	Безразмерный
Выводы из ; другие количества

Относительная плотность , также называемая удельным весом , ^[1]^[2] — безразмерная величина определяемая как отношение плотности , (массы единицы объема) вещества к плотности данного эталонного материала. Удельный вес жидкостей почти всегда измеряется относительно самой плотной воды (при 4 ° C или 39,2 ° F); для газов эталоном является воздух при комнатной температуре (20 °C или 68 °F). Термин «относительная плотность» (сокращенно rd или RD ) является предпочтительным в системе СИ , тогда как от термина «удельный вес» постепенно отказываются. ^[3]

Если относительная плотность вещества меньше 1, то оно менее плотное, чем эталонное; если больше 1, то он плотнее эталонного. Если относительная плотность равна ровно 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 тонет.

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, то плотность обычно указывают напрямую. Температуры как образца, так и эталона различаются в зависимости от отрасли. В британской пивоваренной практике удельный вес, как указано выше, умножается на 1000. ^[4] Удельный вес обычно используется в промышленности как простое средство получения информации о концентрации растворов различных веществ, таких как рассолы , сусловая масса ( сиропы , соки, меды, пивное сусло , сусло и т. д.) и кислоты.

Базовый расчет

Относительная плотность ( $RD$ ) или удельный вес ( $SG$ ) является безразмерной величиной , так как представляет собой соотношение либо плотностей, либо весов ${\mathit {RD}}={\frac {\rho _{\mathrm {substance} }}{\rho _{\mathrm {reference} }}},$ где $RD$ относительная плотность, $\rho _{\mathrm {substance} }$ - плотность измеряемого вещества, а $\rho _{\mathrm {reference} }$ плотность эталона. (По соглашению $\rho$ греческая буква ро обозначает плотность.)

Справочный материал можно указать с помощью индексов: $RD_{\mathrm {substance/reference} }$ что означает «относительная плотность вещества по отношению к эталону ». Если ссылка не указана явно, то обычно предполагается, что это вода с температурой 4 ° C (или, точнее, 3,98 °C, то есть температуры, при которой вода достигает максимальной плотности). В единицах СИ плотность воды равна (приблизительно) 1000 кг / м. ³ или 1 г / см ³, что делает расчет относительной плотности особенно удобным: плотность объекта нужно разделить только на 1000 или 1, в зависимости от единиц измерения.

Относительную плотность газов часто измеряют относительно сухого воздуха при температуре 20 °С и абсолютном давлении 101,325 кПа, который имеет плотность 1,205 кг/м. ³. Относительную плотность по отношению к воздуху можно получить по формуле ${\mathit {RD}}={\frac {\rho _{\mathrm {gas} }}{\rho _{\mathrm {air} }}}\approx {\frac {M_{\mathrm {gas} }}{M_{\mathrm {air} }}},$ где $M$ - молярная масса , и используется знак приблизительного равенства, поскольку 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, тогда как углекислого газа молярный объем в тех же условиях составляет 22,259 л.

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

Истинный удельный вес жидкости математически можно выразить как: $SG_{\mathrm {true} }={\frac {\rho _{\mathrm {sample} }}{\rho _{\mathrm {H_{2}O} }}},$ где $\rho _{\mathrm {sample} }$ плотность образца и $\rho _{\mathrm {H_{2}O} }$ это плотность воды.

Кажущаяся плотность – это просто соотношение весов равных объемов образца и воды в воздухе: $SG_{\mathrm {apparent} }={\frac {W_{\mathrm {A} ,{\text{sample}}}}{W_{\mathrm {A} ,\mathrm {H_{2}O} }}},$ где $W_{A,{\text{sample}}}$ представляет вес образца, измеренный в воздухе и ${W_{\mathrm {A} ,\mathrm {H_{2}O} }}$ вес равного объема воды, измеренный в воздухе.

Можно показать, что истинный удельный вес можно рассчитать на основе различных свойств: $SG_{\mathrm {true} }={\frac {\rho _{\mathrm {sample} }}{\rho _{\mathrm {H_{2}O} }}}={\frac {\frac {m_{\mathrm {sample} }}{V}}{\frac {m_{\mathrm {H_{2}O} }}{V}}}={\frac {m_{\mathrm {sample} }}{m_{\mathrm {H_{2}O} }}}{\frac {g}{g}}={\frac {W_{\mathrm {V} ,{\text{sample}}}}{W_{\mathrm {V} ,\mathrm {H_{2}O} }}},$

где g — местное ускорение свободного падения, V — объём образца и воды (одинаков для обоих), ρ _{образца} — плотность образца, ρ _{H ₂ O} — плотность воды, W _V представляет собой масса, полученная в вакууме, ${\mathit {m}}_{\mathrm {sample} }$ - масса образца и ${\mathit {m}}_{\mathrm {H_{2}O} }$ - масса равного объема воды.

Плотность воды и образца меняется в зависимости от температуры и давления, поэтому необходимо указать температуры и давления, при которых определялись плотности или массы. Измерения почти всегда проводятся при давлении 1 номинальная атмосфера (101,325 кПа ± отклонения от изменения погодных условий), но поскольку удельный вес обычно относится к сильно несжимаемым водным растворам или другим несжимаемым веществам (таким как нефтепродукты), изменения плотности, вызванные давлением, обычно измеряются. пренебрегают, по крайней мере, там, где измеряется кажущийся удельный вес. Для расчета истинного ( в вакууме ) удельного веса необходимо учитывать давление воздуха (см. ниже). Температуры обозначаются обозначениями ( T _s / T _r ), где T _s представляет температуру, при которой определялась плотность образца, а T _{r -} температуру, при которой указывается эталонная плотность (воды). Например, SG (20°C/4°C) следует понимать как означающую, что плотность образца определялась при 20°C, а воды - при 4°C. Принимая во внимание различные температуры образца и эталона, отметим, что, хотя SG _{H ₂ O} = 1,000 000 (20 °C/20 °C), также возможно, что SG _{H ₂ O} = 0,998 2008 ⁄ 0,999 9720 = 0,998 2288 (20 °C/4 °C). Здесь температура указывается с использованием действующей шкалы ИТС-90 и плотностей. ^[5] используемые здесь и в остальной части статьи, основаны на этой шкале. По предыдущей шкале ИПТС-68 плотности при 20 °С и 4 °С составляют 0,998 2041 и 0,999 9720 соответственно. ^[6] в результате значение SG (20 °C/4 °C) для воды равно 0,998 232 .

Поскольку основным применением измерений удельного веса в промышленности является определение концентраций веществ в водных растворах и поскольку они находятся в таблицах зависимости удельной плотности от концентрации, чрезвычайно важно, чтобы аналитик вводил в таблицу правильную форму удельного веса. Например, в пивоваренной промышленности в таблице Платона указана концентрация сахарозы по весу в сравнении с истинной удельной плотностью, которая изначально составляла (20 °C/4 °C) ^[7] т.е. на основе измерений плотности растворов сахарозы, выполненных при лабораторной температуре (20 °C), но с учетом плотности воды при 4 °C, которая очень близка к температуре, при которой вода имеет максимальную плотность, ρ _{H ₂ O} равна до 999,972 кг/м ³ в единицах СИ ( 0,999 972 г/см ³ в единицах cgs или 62,43 фунта/куб фута в обычных единицах измерения США ). Таблица ASBC ^[8] используемый сегодня в Северной Америке для измерения кажущегося удельного веса при (20 °C/20 °C) получен из исходной таблицы Платона с использованием значения Платона и др. для SG (20 °C/4 °C) = 0,998 2343 . В производстве сахара, безалкогольных напитков, меда, фруктовых соков и смежных отраслях весовая концентрация сахарозы берется из таблицы, составленной А. Бриксом , в которой используется SG (17,5 °C/17,5 °C). И наконец, британские единицы измерения SG основаны на температуре эталона и образца 60 °F и, таким образом, составляют (15,56 °C/15,56 °C).

Учитывая удельный вес вещества, его фактическую плотность можно рассчитать, переставив приведенную выше формулу: $\rho _{\mathrm {substance} }=SG\times \rho _{\mathrm {H_{2}O} }.$

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

Температурная зависимость

См. «Плотность» для получения таблицы измеренных плотностей воды при различных температурах.

Плотность веществ меняется в зависимости от температуры и давления, поэтому необходимо указать температуры и давления, при которых определялись плотности или массы. Почти всегда измерения проводятся при номинальном давлении 1 атмосфера (101,325 кПа, игнорируя изменения, вызванные изменением погодных условий), но, поскольку относительная плотность обычно относится к сильно несжимаемым водным растворам или другим несжимаемым веществам (таким как нефтепродукты), изменения плотности вызванные давлением, обычно пренебрегают, по крайней мере, там, где измеряется кажущаяся относительная плотность. Для истинных расчетов относительной плотности ( в вакууме ) необходимо учитывать давление воздуха (см. ниже). Температуры обозначаются обозначениями ( T _s / T _r ), где T _s представляет температуру, при которой определялась плотность образца, а T _{r -} температуру, при которой указывается эталонная плотность (воды). Например, плотность образца (20 °C/4 °C) следует понимать как означающую, что плотность образца определялась при 20 °C, а воды - при 4 °C. Принимая во внимание различные температуры образца и эталона, отметим, что, хотя SG _{H ₂ O} = 1,000000 (20 °C/20 °C), также верно, что RD _{H ₂ O} = ⁠ 0,9982008 / 0,9999720 ⁠ = 0,9982288 (20 °C/4 °C). Здесь температура указывается с использованием действующей шкалы ИТС-90 и плотностей. ^[5] используемые здесь и в остальной части статьи, основаны на этой шкале. В предыдущей шкале ИПТС-68 плотности ^[6] при 20 °C и 4 °C составляют соответственно 0,9982041 и 0,9999720, что дает значение RD (20 °C/4 °C) для воды 0,99823205.

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

относительная плотность: 8,15 ^{20 °С}
_{4 °С} ; или удельный вес: 2,432 ¹⁵
₀

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

Использование

Относительная плотность также может помочь количественно оценить плавучесть вещества в жидкости или газе или определить плотность неизвестного вещества на основе известной плотности другого. Относительная плотность часто используется геологами и минералогами, чтобы помочь определить содержание минералов в породе или другом образце. Геммологи используют его как помощь в идентификации драгоценных камней . В качестве эталона предпочтительнее использовать воду, поскольку тогда измерения легко проводить в полевых условиях (примеры методов измерения см. ниже).

Поскольку измерения относительной плотности в промышленности используются главным образом для определения концентраций веществ в водных растворах, а они находятся в таблицах зависимости RD от концентрации, чрезвычайно важно, чтобы аналитик ввел в таблицу правильную форму относительной плотности. Например, в пивоваренной промышленности таблица Платона , в которой приведена концентрация сахарозы по массе в зависимости от истинного RD, изначально была (20 °C/4 °C) ^[7] который основан на измерениях плотности растворов сахарозы, выполненных при лабораторной температуре (20 °C), но с привязкой к плотности воды при 4 °C, которая очень близка к температуре, при которой вода имеет максимальную плотность ρ ( H
₂ O ), равная 0,999972 г/см. ³ (или 62,43 фунт·фут ⁻³). Таблица ASBC ^[8] используется сегодня в Северной Америке, хотя она основана на исходной таблице Платона и предназначена для измерений кажущейся относительной плотности при (20 ° C/20 ° C) по шкале IPTS-68, где плотность воды составляет 0,9982071 г / см. ³. В производстве сахара, безалкогольных напитков, меда, фруктовых соков и смежных отраслях массовая концентрация сахарозы взята из этой работы. ^[4] в котором используется SG (17,5 °C/17,5 °C). И последний пример: британские единицы измерения RD основаны на эталонной температуре и температуре образца 60 °F и, таким образом, составляют (15,56 °C/15,56 °C). ^[4]

Измерение

Относительную плотность можно рассчитать непосредственно путем измерения плотности образца и деления ее на (известную) плотность эталонного вещества. Плотность образца равна его массе, разделенной на его объем. Хотя массу легко измерить, объем образца неправильной формы определить сложнее. Один из методов — поместить образец в градуированный цилиндр, наполненный водой , и определить, сколько воды он вытесняет. В качестве альтернативы контейнер можно заполнить до краев, погрузить образец и измерить объем перелива. Поверхностное натяжение воды может препятствовать переливанию значительного количества воды, что особенно проблематично для небольших образцов. По этой причине желательно использовать емкость для воды с как можно меньшим горлышком.

Для каждого вещества плотность ρ определяется выражением $\rho ={\frac {\text{Mass}}{\text{Volume}}}={\frac {{\text{Deflection}}\times {\frac {\text{Spring Constant}}{\text{Gravity}}}}{{\text{Displacement}}_{\mathrm {WaterLine} }\times {\text{Area}}_{\mathrm {Cylinder} }}}.$

Когда эти плотности делятся, ссылки на жесткость пружины, силу тяжести и площадь поперечного сечения просто аннулируются, оставляя $RD={\frac {\rho _{\mathrm {object} }}{\rho _{\mathrm {ref} }}}={\frac {\frac {{\text{Deflection}}_{\mathrm {Obj.} }}{{\text{Displacement}}_{\mathrm {Obj.} }}}{\frac {{\text{Deflection}}_{\mathrm {Ref.} }}{{\text{Displacement}}_{\mathrm {Ref.} }}}}={\frac {\frac {3\ \mathrm {in} }{20\ \mathrm {mm} }}{\frac {5\ \mathrm {in} }{34\ \mathrm {mm} }}}={\frac {3\ \mathrm {in} \times 34\ \mathrm {mm} }{5\ \mathrm {in} \times 20\ \mathrm {mm} }}=1.02.$

Гидростатическое взвешивание

Относительную плотность легче и, возможно, точнее измерить без измерения объема. С помощью пружинных весов образец взвешивают сначала на воздухе, а затем в воде. Относительную плотность (по отношению к воде) можно рассчитать по следующей формуле: $RD={\frac {W_{\mathrm {air} }}{W_{\mathrm {air} }-W_{\mathrm {water} }}},$ где

W _air — вес образца в воздухе (измеряется в ньютонах , фунтах-силах или других единицах силы).
W _вода – масса образца в воде (измеряется в тех же единицах).

Этот метод нелегко использовать для измерения относительной плотности меньше единицы, поскольку в этом случае образец будет плавать. W _воды становится отрицательной величиной, обозначающей силу, необходимую для удержания образца под водой.

Другой практический метод использует три измерения. Образец взвешивают в сухом виде. Затем взвешивают контейнер, до краев наполненный водой, и снова взвешивают с погруженным образцом после того, как вытесненная вода переполнится и будет удалена. Вычитание последнего показания из суммы первых двух показаний дает вес вытесненной воды. Результат относительной плотности представляет собой массу сухого образца, разделенную на массу вытесненной воды. Этот метод позволяет использовать весы, которые не могут работать с подвешенным образцом. С образцом менее плотным, чем вода, также можно работать, но его необходимо удерживать и учитывать погрешность, вносимую фиксирующим материалом.

Ареометр

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

Сначала ареометр погружают в эталонную жидкость (показано светло-голубым цветом) и отмечают смещение (уровень жидкости на ножке) (синяя линия). Эталоном может быть любая жидкость, но на практике обычно это вода.

Затем ареометр погружают в жидкость неизвестной плотности (показана зеленым цветом). изменение смещения Δ x Отмечают . В изображенном примере ареометр слегка опустился в зеленую жидкость; следовательно, ее плотность ниже, чем у эталонной жидкости. Необходимо, чтобы ареометр плавал в обеих жидкостях.

Применение простых физических принципов позволяет рассчитать относительную плотность неизвестной жидкости по изменению смещения. (На практике на стержне ареометра предварительно нанесена градуировка для облегчения измерения.)

В последующем объяснении

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 эталонной.
V — объем вытесненной эталонной жидкости, т. е. красный объем на диаграмме.
м — масса всего ареометра.
g — локальная гравитационная постоянная .
Δ x – изменение смещения. В соответствии с тем, как обычно градуируют ареометры, Δx здесь принимается отрицательным, если линия смещения поднимается на ножке ареометра, и положительным, если она падает. В изображенном примере Δx отрицательно .
А – площадь поперечного сечения вала.

Поскольку плавающий ареометр находится в статическом равновесии , действующая на него сила тяжести, направленная вниз, должна точно уравновешивать силу плавучести, направленную вверх. Гравитационная сила, действующая на ареометр, — это просто его вес, мг . Согласно Архимеда принципу плавучести , выталкивающая сила, действующая на ареометр, равна весу вытесненной жидкости. Этот вес равен массе вытесненной жидкости, умноженной на g , что в случае эталонной жидкости равно ρ _ref Vg . Полагая их равными, мы имеем $mg=\rho _{\mathrm {ref} }Vg$

или просто

m=\rho _{\mathrm {ref} }V.

( 1 )

Точно то 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,

m=\rho _{\mathrm {new} }(V-A\Delta x).

( 2 )

Объединение ( 1 ) и ( 2 ) дает

RD_{\mathrm {new/ref} }={\frac {\rho _{\mathrm {new} }}{\rho _{\mathrm {ref} }}}={\frac {V}{V-A\Delta x}}.

( 3 )

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

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 Δx мало , то в качестве первого приближения уравнения геометрической прогрессии ( 4 ) можно записать как: $RD_{\mathrm {new/ref} }\approx 1+{\frac {A\Delta x}{m}}\rho _{\mathrm {ref} }.$

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

Пикнометр

Пикнометр « (от древнегреческого : πυκνός , латинизированный : puknos , букв. плотный»), также называемый пикнометром или бутылкой удельного веса , представляет собой устройство, используемое для определения плотности жидкости. Пикнометр обычно изготавливают из стекла с плотно прилегающей притертой стеклянной пробкой, через которую пропускают капиллярную трубку , чтобы пузырьки воздуха могли выходить из аппарата. Это устройство позволяет точно измерить плотность жидкости по отношению к соответствующей рабочей жидкости, такой как вода или ртуть , с использованием аналитических весов . ^{[ нужна ссылка ]}

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

Газовый пикнометр , газовая разновидность пикнометра, сравнивает изменение давления, вызванное измеренным изменением в замкнутом объеме, содержащем эталон (обычно стальную сферу известного объема), с изменением давления, вызванным образцом под давлением. те 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 проникает. полностью проникнуть.

Когда пикнометр наполняется до определенного, но не обязательно точно известного объема V и помещается на весы, он оказывает силу $F_{\mathrm {b} }=g\left(m_{\mathrm {b} }-\rho _{\mathrm {a} }{\frac {m_{\mathrm {b} }}{\rho _{\mathrm {b} }}}\right),$ где m _b — масса бутылки, а g — ускорение свободного падения в месте проведения измерений. ρ _a — плотность воздуха при атмосферном давлении, а ρ _b — плотность материала, из которого изготовлена бутылка (обычно стекла), так что второй член — это масса воздуха, вытесненная стеклом бутылки, вес которого , по принципу Архимеда, необходимо вычесть. Бутылка наполнена воздухом, но поскольку этот воздух вытесняет равное количество воздуха, вес этого воздуха компенсируется весом вытесненного воздуха. Теперь наполняем бутылку эталонной жидкостью, например, чистой водой. Сила, действующая на чашу весов, равна: $F_{\mathrm {w} }=g\left(m_{\mathrm {b} }-\rho _{\mathrm {a} }{\frac {m_{\mathrm {b} }}{\rho _{\mathrm {b} }}}+V\rho _{\mathrm {w} }-V\rho _{\mathrm {a} }\right).$

Если мы вычтем из этого силу, измеренную на пустой бутылке (или тарируем весы перед измерением воды), мы получим. $F_{\mathrm {w,n} }=gV(\rho _{\mathrm {w} }-\rho _{\mathrm {a} }),$ где нижний индекс n указывает, что эта сила равна силе пустой бутылки. Теперь бутыль опорожняется, тщательно высушивается и снова наполняется образцом. Сила без учета пустой бутылки теперь равна: $F_{\mathrm {s,n} }=gV(\rho _{\mathrm {s} }-\rho _{\mathrm {a} }),$ где ρ _s — плотность образца. Соотношение сил образца и воды равно: $SG_{\mathrm {A} }={\frac {gV(\rho _{\mathrm {s} }-\rho _{\mathrm {a} })}{gV(\rho _{\mathrm {w} }-\rho _{\mathrm {a} })}}={\frac {\rho _{\mathrm {s} }-\rho _{\mathrm {a} }}{\rho _{\mathrm {w} }-\rho _{\mathrm {a} }}}.$

Это называется кажущейся относительной плотностью и обозначается индексом А, потому что именно ее мы получили бы, если бы взяли соотношение нетто-весов в воздухе с аналитических весов или использовали ареометр (стержень вытесняет воздух). Обратите внимание, что результат не зависит от калибровки весов. Единственное требование к нему — чтобы оно читалось линейно с силой. также не RD _A зависит от фактического объема пикнометра.

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

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

В обычном случае мы измеряем вес и хотим узнать истинную относительную плотность. Это найдено из $RD_{\mathrm {V} }=RD_{\mathrm {A} }-{\rho _{\mathrm {a} } \over \rho _{\mathrm {w} }}(RD_{\mathrm {A} }-1).$

Поскольку плотность сухого воздуха 101,325 кПа при 20 °С равна ^[9] 0,001205 г/см ³ а воды — 0,998203 г/см. ³ мы видим, что разница между истинной и кажущейся относительной плотностью вещества с относительной плотностью (20 ° C/20 ° C) около 1,100 будет равна 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 стандарте : 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 , отрегулированным, боковой трубкой с крышкой
Hubbard, 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
Сапог с вакуумной рубашкой и термометром, емкость 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 внутри вертикального столба жидкости зависит от вертикального расстояния между двумя точками, плотности жидкости и гравитационной силы. Эта технология часто используется для измерения уровня жидкости в резервуарах в качестве удобного средства измерения уровня и плотности жидкости.

Датчики с вибрирующим элементом : для этого типа инструментов требуется, чтобы вибрирующий элемент был помещен в контакт с интересующей жидкостью. Резонансная частота элемента измеряется и связана с плотностью жидкости посредством характеристики, которая зависит от конструкции элемента. В современных лабораториях точные измерения относительной плотности производятся с помощью осциллирующих измерителей с U-образной трубкой . Они способны измерять 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 температуре от 0 до 80 °C, но, поскольку они основаны на микропроцессоре, они могут рассчитывать кажущуюся или истинную относительную плотность и содержать таблицы, относящиеся к силе обычных кислот, растворов сахаров и т. д. .

Ультразвуковой преобразователь : Ультразвуковые волны передаются от источника через интересующую жидкость в детектор, который измеряет акустическую спектроскопию волн. Свойства жидкости, такие как плотность и вязкость, можно определить по спектру.

Датчик, основанный на излучении . Излучение проходит от источника через интересующую жидкость и попадает в сцинтилляционный детектор или счетчик. По мере увеличения плотности жидкости «счет» обнаруженного излучения 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 находиться в контакте с жидкостью — обычно источник и детектор монтируются снаружи резервуаров или трубопроводов. ^[10]

Датчик плавучей силы : плавучая сила, создаваемая поплавком в однородной жидкости, равна весу жидкости, вытесняемой поплавком. Поскольку 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 математически охарактеризованную пружинно-поплавковую систему. Когда головка погружена вертикально в жидкость, поплавок движется вертикально, и положение поплавка контролирует положение постоянного магнита, смещение которого определяется концентрической решеткой датчиков линейного перемещения на эффекте Холла. Выходные сигналы датчиков смешиваются в специальном электронном модуле, который обеспечивает единое выходное напряжение, величина которого является прямой линейной мерой измеряемой величины. ^[11]

Относительная плотность в механике грунтов

Относительная плотность $D_{\mathrm {R} }$ мера текущего коэффициента пустотности по отношению к максимальному и минимальному коэффициенту пустот, а также приложенное эффективное напряжение, контролирующее механическое поведение несвязного грунта. Относительная плотность определяется выражением $D_{\mathrm {R} }={\frac {e_{\mathrm {max} }-e}{e_{\mathrm {max} }-e_{\mathrm {min} }}}\times 100\%$ в котором $e_{\mathrm {max} },e_{\mathrm {min} }$ , и $e$ являются максимальным, минимальным и фактическим коэффициентом пустотности.

Примеры

Материал	Удельный вес
Бальзовое дерево	0.2
Дуб	0.75
Этанол	0.78
Оливковое масло	0.91
Вода	1
Айронвуд	1.5
Графит	1.9–2.3
Поваренная соль	2.17
Алюминий	2.7
Цемент	3.15
Железо	7.87
Медь	8.96
Вести	11.35
Меркурий	13.56
Обедненный уран	19.1
Золото	19.3
Осмий	22.59

(Образцы могут различаться, и эти цифры являются приблизительными.)

Вещества с относительной плотностью 1 обладают нейтральной плавучестью, вещества с RD больше единицы плотнее воды и поэтому (игнорируя эффекты поверхностного натяжения ) тонут в ней, а вещества с RD меньше единицы имеют меньшую плотность, чем вода. и так будет плавать.

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

Газообразный гелий имеет плотность 0,164 г/л; ^[12] он в 0,139 раза плотнее воздуха , плотность которого составляет 1,18 г/л. ^[12]

Моча обычно имеет удельный вес от 1,003 до 1,030. Диагностический тест на удельный вес мочи используется для оценки концентрационной способности почек и оценки состояния мочевыделительной системы. ^[13] Низкая концентрация может указывать на несахарный диабет , тогда как высокая концентрация может указывать на альбуминурию или глюкозурию . ^[13]
Кровь обычно имеет удельный вес примерно 1,060. ^[14]
Водка крепостью 80° (40% по объему) имеет удельный вес 0,9498. ^[15]

См. также

Ссылки

^ Дана, Эдвард Солсбери (1922). Учебник минералогии: с расширенным трактатом по кристаллографии... Нью-Йорк, Лондон (Чепмен-холл): Джон Уайли и сыновья. стр. 195–200, 316.
^ Шец, Джозеф А.; Аллен Э. Фухс (5 февраля 1999 г.). Основы механики жидкости . Уайли, Джон и сыновья, Инкорпорейтед. стр. 111, 142, 144, 147, 109, 155, 157, 160, 175. ISBN 0-471-34856-2 .
^ Бюро мелиорации США (1978). Метрическое руководство . Министерство внутренних дел США, Бюро мелиорации. п. 37.
^ Jump up to: ^а ^б ^с Хаф Дж.С., Бриггс Д.Э., Стивенс Р. и Янг, Т.В. Malting and Brewing Science, Vol. II. Охмеленное сусло и пиво, Чепмен и Холл, Лондон, 1997, с. 881 ISBN 0-412-16590-2
^ Jump up to: ^а ^б Беттин, Х.; Шпивек, Ф. (1990). «Плотность воды как функция температуры после введения Международной температурной шкалы в 1990 году». Объявления PTB (на немецком языке). 100 :195-196.
^ Jump up to: ^а ^б Келл, Джордж С. «Плотность, тепловое расширение и сжимаемость жидкой воды от 0 до 150 ° C: корреляции и таблицы для атмосферного давления и насыщенности, рассмотренные и выраженные по температурной шкале 1968 года» . Журнал химических и инженерных данных . 20 : 97–105. дои : 10.1021/je60064a005 .
^ Jump up to: ^а ^б Методы анализа ASBC. Предисловие к таблице 1: Экстракты в сусле и пиве, Американское общество химиков-пивоваров, Сент-Пол, 2009 г.
^ Jump up to: ^а ^б Методы анализа ASBC op. цит. Таблица 1: Экстракт в сусле и пиве
^ DIN51 757 (04.1994): Испытание минеральных масел и родственных материалов; определение плотности
^ Плотность - VEGA Americas, Inc. Ohmartvega.com. Проверено 30 сентября 2011 г.
^ Цифровой электронный ареометр управления процессом . Гардко. Проверено 30 сентября 2011 г.
^ Jump up to: ^а ^б «Лекционные демонстрации» . физика.ucsb.edu .
^ Jump up to: ^а ^б Льюис, Шэрон Мантик; Дирксен, Шеннон Рафф; Хайткемпер, Маргарет М.; Бучер, Линда; Хардинг, Марианн (5 декабря 2013 г.). Медико-хирургический уход: оценка и решение клинических проблем (9-е изд.). Сент-Луис, штат Миссури. ISBN 978-0-323-10089-2 . OCLC 228373703 . {{cite book}}: CS1 maint: отсутствует местоположение издателя ( ссылка )
^ Шмуклер, Михаил (2004). Элерт, Гленн (ред.). «Плотность крови» . Справочник по физике . Проверено 23 января 2022 г.
^ «Удельный вес ликеров» . Хорошие коктейли.com .

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, международное издание, Ю.А. Сенгель и М.А. Болес
Мансон, БР; Д. Ф. Янг; ТД Окиси (2001). Основы механики жидкости (4-е изд.). Уайли. ISBN 978-0-471-44250-9 .
Фокс, RW; Макдональд, AT (2003). Введение в механику жидкости (4-е изд.). Уайли. ISBN 0-471-20231-2 .

Внешние ссылки

Удельный вес материалов (архивировано 22 мая 2006 г.)

[specificgravity1-1] Дана, Эдвард Солсбери (1922). Учебник минералогии: с расширенным трактатом по кристаллографии... Нью-Йорк, Лондон (Чепмен-холл): Джон Уайли и сыновья. стр. 195–200, 316.

[specificgravity2-2] Шец, Джозеф А.; Аллен Э. Фухс (5 февраля 1999 г.). Основы механики жидкости . Уайли, Джон и сыновья, Инкорпорейтед. стр. 111, 142, 144, 147, 109, 155, 157, 160, 175. ISBN 0-471-34856-2 .

[3] Бюро мелиорации США (1978). Метрическое руководство . Министерство внутренних дел США, Бюро мелиорации. п. 37.

[briggs-4] Jump up to: ^а ^б ^с Хаф Дж.С., Бриггс Д.Э., Стивенс Р. и Янг, Т.В. Malting and Brewing Science, Vol. II. Охмеленное сусло и пиво, Чепмен и Холл, Лондон, 1997, с. 881 ISBN 0-412-16590-2

[PTB-Mitteilungen-5] Jump up to: ^а ^б Беттин, Х.; Шпивек, Ф. (1990). «Плотность воды как функция температуры после введения Международной температурной шкалы в 1990 году». Объявления PTB (на немецком языке). 100 :195-196.

[„kell-6] Jump up to: ^а ^б Келл, Джордж С. «Плотность, тепловое расширение и сжимаемость жидкой воды от 0 до 150 ° C: корреляции и таблицы для атмосферного давления и насыщенности, рассмотренные и выраженные по температурной шкале 1968 года» . Журнал химических и инженерных данных . 20 : 97–105. дои : 10.1021/je60064a005 .

[ReferenceA-7] Jump up to: ^а ^б Методы анализа ASBC. Предисловие к таблице 1: Экстракты в сусле и пиве, Американское общество химиков-пивоваров, Сент-Пол, 2009 г.

[ReferenceB-8] Jump up to: ^а ^б Методы анализа ASBC op. цит. Таблица 1: Экстракт в сусле и пиве

[9] DIN51 757 (04.1994): Испытание минеральных масел и родственных материалов; определение плотности

[10] Плотность - VEGA Americas, Inc. Ohmartvega.com. Проверено 30 сентября 2011 г.

[11] Цифровой электронный ареометр управления процессом . Гардко. Проверено 30 сентября 2011 г.

[UCSB-12] Jump up to: ^а ^б «Лекционные демонстрации» . физика.ucsb.edu .

[:0-13] Jump up to: ^а ^б Льюис, Шэрон Мантик; Дирксен, Шеннон Рафф; Хайткемпер, Маргарет М.; Бучер, Линда; Хардинг, Марианн (5 декабря 2013 г.). Медико-хирургический уход: оценка и решение клинических проблем (9-е изд.). Сент-Луис, штат Миссури. ISBN 978-0-323-10089-2 . OCLC 228373703 . {{cite book}}: CS1 maint: отсутствует местоположение издателя ( ссылка )

[14] Шмуклер, Михаил (2004). Элерт, Гленн (ред.). «Плотность крови» . Справочник по физике . Проверено 23 января 2022 г.

[Cocktail_Specific_Gravities-15] «Удельный вес ликеров» . Хорошие коктейли.com .

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]

[13]

[14]

[15]