Слайд 1Методы измерения плотности материалов
Слайд 2Определения
Плотность – скалярная физическая величина, определяемая как отношение массы тела
к занимаемому этим телом объему
Средняя плотность тела
Плотность вещества
Плотность тела в
точке
На атомном уровне любое тело неоднородно, поэтому необходимо остановиться на объеме, соответствующем используемой физической модели
Слайд 3Зачем определять плотность
Плотность – важный показатель качества сырья и готовой
продукции
Неоднородность => качество конечного продукта, в т.ч. прочность, сопротивление растрескиванию
и т.д.
Путем измерения плотности проверяют чистоту материала
…
Слайд 4Приборы для измерения плотности
Слайд 5Ареометрический метод: закон Архимеда в действии
Согласно закону Архимеда, на тело,
погруженное в жидкость частично или полностью, действует выталкивающая сила, направленная
вверх. Величина этой силы равна весу жидкости, вытесняемой телом.
Твердое вещество взвешивают в воздухе (A), а затем во вспомогательной жидкости (B) с известной плотностью. Плотность твердого тела ρ можно рассчитать следующим образом:
ρ - плотность образца
A - масса образца в воздухе
B – масса образца во вспомогательной жидкости
ρ0 – плотность вспомогательной жидкости
ρL – плотность воздуха.
Необходимо учитывать температуру жидкости, поскольку ее колебания могут изменять плотность на величину от 0,001 до 0,1 на один градус Цельсия. Изменения проявляются в третьем знаке после запятой.
Слайд 8Проблемы при измерении плотности
Пузырьки
Пользуйтесь смачивающим реагентом или органическими жидкостями (изменением
плотности дистиллированной воды при добавлении пары капель смачивающего реагента можно
пренебречь).
Обезжиривайте твердые вещества, стойкие к действию растворителей.
Регулярно очищайте оборудование.
Не прикасайтесь к погружаемым компонентам голыми руками.
Используйте тонкую кисть для удаления оставшихся пузырьков воздуха.
Взвешивание
Взвешивание играет значимую роль в точном определении плотности, поэтому важно использовать подходящие весы. Из-за небольшой массы образцов необходимо учитывать ограничения прибора по минимальному весу нетто. Если масса взвешиваемого образца меньше этого значения, нужный уровень точности не может быть гарантирован.
Обработка данных
Ручная регистрация данных образца, значений веса и расчета плотности также занимает много времени и может сопровождаться ошибками
Температура
Твердые вещества обычно настолько нечувствительны к колебаниям окружающей температуры, что соответствующее изменение их плотности пренебрежимо мало. Однако поскольку в измерении участвует вспомогательная жидкость, температуру необходимо учитывать. На жидкости температура оказывает большее влияние и вызывает изменение плотности от 0,1 до 1 ‰ на 1°C. Этот эффект заметен уже в третьем знаке после запятой. Для получения точных результатов стоит во всех измерениях плотности всегда учитывать температуру вспомогательной жидкости. Эти значения можно найти в специальных справочных таблицах.
Слайд 9Зависимость плотности от температуры
Как правило, при уменьшении температуры плотность увеличивается,
хотя встречаются вещества, чья плотность в определенном диапазоне температур ведет
себя иначе
?????????????????????????????????????????????
При изменении агрегатного состояния плотность вещества меняется скачкообразно: растет при переходе из газообразного состояния в жидкое и при затвердевании. Но и тут есть исключения
?????????????????????????????????????????????
Слайд 10Пористость
закрытые поры – не сообщающиеся с окружающей средой
открытые поры –
сообщающиеся с окружающей средой
Пористость и плотность материалов принято характеризовать следующими
показателями:
1. Истинная (теоретическая) плотность и, г/см3 – плотность беспористого материала.
2. Кажущаяся плотность к, г/см3 – плотность материала, содержащего поры.
3. Относительная плотность к/и .
4. Истинная пористость Пи, – суммарный объем всех пор, выраженный в процентах или долях к общему объему материала.
5. Кажущаяся (открытая) пористость – объем открытых пор, заполняемых водой при кипячении, выраженный в процентах к общему объему материала.
Путем взвешивания, измерения линейных размеров и расчета объема образца материала всегда определяется только кажущаяся плотность к.
Если материал образца имеет минимальную пористость (менее 0,5%), то значение экспериментально определенной плотности можно считать за истинную (теоретическую) плотность и.
Образцы с предполагаемой пористостью более 0,5% перед взвешиванием в жидкости пропитывают расплавленным парафином или другим веществом, не растворимым в жидкости. Это делается с целью закрытия открытых пор. Плотность подготовленных таким образом образцов будет кажущейся к.
