Способ определения плотности твердых тел

 

Использование: в физико-химических исследованиях твердых веществ. В способе определения плотности твердых тел, включающем взвешивание исследуемого тела, помещенного в измерительную кювету, взвешивание осуществляют в рабочей жидкости в воздушном пузыре, вначале - при нормальном давлении, затем - при пониженном, после чего очищают кювету от исследуемого тела, заполняют ее рабочей жидкостью и определяют вес кюветы в рабочей жидкости, а затем рассчитывают плотность исследуемого вещества. Технический результат: повышение точности измерений. 1 ил.

Изобретение относится к способам определения физико-химических свойств веществ и может быть использовано в физико-химических исследованиях при определении плотности твердых веществ, находящихся в мелкодисперсном состоянии, например армирующих материалов в композиционных материалах, в частности стеклопластиках.

Известен способ, заключающийся в определении веса исследуемого тела и тела с известным объемом на воздухе, помещении их в герметичную емкость, вакуумировании емкости, заполнении ее предварительно дегазированной рабочей жидкостью с известной плотностью, последующей разгерметизации емкости, взвешивании исследуемого тела и тела с известным объемом в рабочей жидкости и определении плотности и объема исследуемого тела по известной зависимости (а.с. СССР 1420465, кл G 01 N 9/10, 1987 г.).

Недостаток способа заключается в том, что с его помощью не удается точно определить плотность частиц высокодисперсных твердых веществ, так как существуют потери мелких частиц за счет конвективного и диффузионного переноса частиц в рабочую жидкость из чашки для взвешивания (кюветы).

Наиболее близким техническим решением является способ определения плотности твердых тел, заключающийся во взвешивании измерительной кюветы и груза с известным объемом, помещении пустой кюветы в стакан и вакуумировании до давления не более 100 Па, заполнении кюветы рабочей жидкостью с последующим ее взвешиванием в рабочей жидкости и определении объема измерительной кюветы. Затем описанную последовательность операций повторяют, поместив в кювету навеску исследуемого вещества, и определяют плотность вещества по известной формуле (пат. РФ 2038576, кл G 01 N 9/10, 1995 г.).

Недостатками способа являются использование глубокого вакуума и, как следствие, специализированного вакуумного оборудования, высокие требования по герметизации всех используемых приборов, а также наличие теоретически обусловленной погрешности из-за невозможности достижения абсолютного вакуума.

Задача настоящего изобретения заключается в создании метода, позволяющего определять плотность твердого тела, находящегося в мелкодисперсном состоянии, исключающего погрешности, связанные с поверхностными явлениями на исследуемом образце.

Технический результат от использования изобретения состоит в отсутствии влияния на процесс измерения побочных или привлеченных к измерению физико-химических явлений, простоте используемого оборудования и, как следствие, повышении точности измерений.

Этот результат достигается тем, что в способе определения плотности твердых тел, включающем взвешивание исследуемого тела, помещенного в измерительную кювету, взвешивание осуществляют в рабочей жидкости в воздушном пузыре, вначале - при нормальном давлении, затем - при пониженном, после чего очищают кювету от исследуемого тела, заполняют ее рабочей жидкостью и определяют вес кюветы в рабочей жидкости, а расчет плотности исследуемого вещества проводят по формуле: где ρ_ж - плотность рабочей жидкости; m - навеска исследуемого вещества; G₁ - вес кюветы с исследуемым веществом в рабочей жидкости при нормальном давлении; G₂ - вес кюветы с исследуемым веществом в рабочей жидкости при пониженном давлении; G₃ - вес пустой кюветы в рабочей жидкости; Р_H - нормальное давление; Р_B - пониженное давление.

Пример осуществления способа.

На чертеже представлена схема устройства для реализации предлагаемого способа.

Устройство состоит из подвески тензометрических весов 1, стеклянного стакана 2 с рабочей жидкостью (дистиллированная вода) и измерительной кюветы 3, представляющей собою стеклянную пробирку диаметром 3-4 мм.

Способ осуществляют следующим образом.

Навеску исследуемого вещества массой m помещают в измерительную кювету, заполнив последнюю на 30-40% ее длины. Кювету с навеской закрепляют на подвесе и погружают в рабочую жидкость. С помощью шприца откачивают излишки воздуха таким образом, чтобы навеска вещества оказалась запертой в воздушном пузыре, но не касалась жидкости. Проводят замер веса кюветы с порошком в рабочей жидкости G₁ при нормальном давлении Р_H.

Затем вакуумируют стакан 2 до давления 0,75-0,85 атм и проводят повторный замер веса кюветы с порошком в рабочей жидкости G₂ при пониженном давлении Р_в.

Затем очищают кювету от исследуемого вещества, заполняют рабочей жидкостью и проводят замер веса кюветы в рабочей жидкости G₃.

Определение плотности исследуемого вещества проводят по формуле:
Совокупность существенных признаков позволяет преодолеть теоретические ограничения, связанные с физико-химическими явлениями на поверхности мелкодисперсного вещества, и, как следствие этого, упростить процесс измерения, снизить его погрешность и исключить использование специализированного оборудования.

Формула изобретения

Способ определения плотности твердых тел, включающий взвешивание исследуемого тела, помещенного в измерительную кювету, отличающийся тем, что взвешивание проводят в рабочей жидкости в воздушном пузыре, вначале - при нормальном давлении, затем - при пониженном, после чего очищают кювету от исследуемого тела, заполняют ее рабочей жидкостью и определяют вес кюветы в рабочей жидкости, а расчет плотности исследуемого вещества проводят по формуле

где ρ_ж - плотность рабочей жидкости;
m - навеска исследуемого вещества;
G₁ - вес кюветы с исследуемым веществом в рабочей жидкости при нормальном давлении;
G₂ - вес кюветы с исследуемым веществом в рабочей жидкости при пониженном давлении;
G₃ - вес пустой кюветы в рабочей жидкости;
Р_н - нормальное давление;
Р_в - пониженное давление.

РИСУНКИ

Рисунок 1