Ареометр
Ареометр — прибор для измерения плотности жидкостей и твёрдых тел, принцип работы которого основан на законе Архимеда. Считается, что ареометр изобрела Гипатия.
Конструкция и принцип действия и использования
Обычно представляет собой поплавок из стекла, утяжеляемый дробью или ртутью для достижения необходимой массы. В верхней, узкой части находится шкала, которая проградуирована в значениях плотности раствора или концентрации растворенного вещества. Плотность раствора равняется отношению массы ареометра к объёму, на который он погружается в жидкость. Соответственно, различают ареометры постоянного объёма и ареометры постоянной массы.
Набор ареометров- Для измерения плотности жидкости ареометром постоянной массы сухой и чистый ареометр помещают в сосуд с этой жидкостью так, чтобы он свободно плавал в нём. Значения плотности считывают по шкале ареометра, по нижнему краю мениска. У ареометров постоянной массы пределы измерений обычно довольно узкие, и на практике пользуются наборами поплавков.
- Для измерения ареометром постоянного объёма изменяют его массу, достигая его погружения до определённой метки. Плотность определяется по массе груза (например, гирек) и объёму вытесненной жидкости.
Шкалы
Для практического применения ареометр градуируют в концентрации растворенного вещества, например:
- Спиртомер — в процентах алкоголя для измерения крепости напитка;
- Лактометр — в процентах жира для определения качества молока;
- Солемер — для измерения солености раствора;
- Сахаромер — при определении концентрации растворенного сахара;
Так как плотность жидкостей сильно зависит от температуры, измерения концентрации должны проводиться при строго определенной температуре, для чего ареометр иногда снабжают термометром.
Различают следующие виды ареометров:
- ареометр общего назначения АОН-1, АОН-2, АОН-3, АОН-4, АОН-5;
- ареометр для молока АМ, АМТ;
- ареометр для нефтепродуктов АН, АНТ-1, АНТ-2;
- ареометр для урины АУ;
- ареометр для спирта АСП-1, АСП-2, АСП-3, АСП-Т;
- ареометр для электролита АЭ-1, АЭ-2, АЭ-3;
- ареометр для грунта АГ;
- ареометр для сахара АС-2, АС-3, АСТ-1, АСТ-2;
- ареометр для кислот АК-1, АК-2;
- ареометр-гидрометр с термометром АЭГ.
Шкала Боме
Французский химик Антуан Боме в 1768 году разработал современную конструкцию ареометра и шкалу плотности жидкостей в градусах Боме, обозначаемых как degrees Baumé, B°, Bé° и просто Baumé, Бомэ, Боме, которые изначально были численно равны концентрации раствора поваренной соли (хлорида натрия) в процентах по массе при 16 °C. Позднее шкала уточнялась и исправлялась. Шкала Боме используется на практике по сей день, но в России отменена в 1930-е гг.
Между плотностью и количеством градусов Боме существует несложная математическая зависимость, но в разных источниках приводятся разные численные коэффициенты:
d = a b ± B {displaystyle d={a over {bpm B}}} , где
- знак + используется для жидкостей, менее плотных, чем вода, а знак − для жидкостей, более плотных, чем вода;
- d {displaystyle d} , г/см3 — плотность;
- a {displaystyle a} , b {displaystyle b} — коэффициенты, равные:
- a = b = 144 , 3 {displaystyle a=b=144,3} ;
- a = b = 145 {displaystyle a=b=145} для жидкостей, более плотных, чем вода и a = 140 , b = 130 {displaystyle a=140,b=130} для жидкостей, менее плотных, чем вода;
- a = b = 144 {displaystyle a=b=144} для жидкостей, более плотных, чем вода и a = 144 , b = 134 {displaystyle a=144,b=134} для жидкостей, менее плотных, чем вода.
Применение в геотехнике
Ареометр определяет удельный вес (или плотность) суспензии, что позволяет рассчитать процентное содержание частиц определенного эквивалентного диаметра частиц.
Ареометр нашел применение в Ареометрическом методе (англ. Hydrometer Method) для определения гран. состава грунта для нахождения содержания в грунте частиц диаметром менее 0,1 мм. Ареометрический метод основан на последовательном определении плотности суспензии грунта через определенные промежутки времени с помощью ареометра. По результатам определений рассчитывают диаметр и количество определяемых частиц по формуле или с помощью номограммы. Содержание фракций крупнее 0,1 мм определяют ситовым методом. Ареометр должен быть откалиброван для определения его истинной глубины с точки зрения показаний ареометра.
В основе этого теста лежит Закон Стокса для падающих сфер в вязкой жидкости, в котором конечная скорость падения зависит от диаметра зерен и плотности зерен во взвешенном состоянии и жидкости. Таким образом, диаметр зерна можно рассчитать, зная расстояние и время падения. В случае почвы предполагается, что частицы почвы имеют сферическую форму и имеют одинаковую удельную массу. Поэтому можно сказать, что в водной почвенной взвеси более крупные частицы оседают быстрее, чем более мелкие.