Где М - размерность массы, L - размерность длины.

В некоторых отраслях науки и техники в качестве характеристики вещества применяют относительную плотность, которая представляет собой отношение плотности рассматриваемого вещества к плотности другого (условного) вещества при определенных физических условиях. Эта величина является безразмерной.

В качестве условного вещества для определения плотности жидких и твердых веществ обычно принимают дистиллированную воду.

2.3 Методы определения плотности твердых тел

Метод гидростатического взвешивания

Гидростатическое взвешивание производится либо на видоизмененных весах общего назначения, либо на специальных, так называемых гидростатических весах. Для определения плотности твердое тело взвешивают сначала в воздухе, а затем в жидкости, плотность которой известна, и по полученным результатам измерения подсчитывают искомую плотность.

При взвешивании в жидкости тело прикрепляют на проволоке к крючку подвеса весов. Проволока должна быть очень тонкой и прямой, чтобы уменьшить влияние поверхностного натяжения жидкости. Рекомендуется применять платиновую проволоку диаметром 0,1 - 0,2 мм, так как она хорошо выпрямляется путем прокаливания при легком натяжении над племенем горелки. При работе с агрессивной жидкостью материал проволоки должен быть устойчивым против воздействия этой жидкости. Длину проволоки следует рассчитать так, чтобы в жидкость погружалась лишь небольшая ее часть (порядка 15 мм); при этом уменьшение веса проволоки в жидкости сведется к минимуму. При гидростатическом взвешивании необходимо поддерживать постоянную температуру жидкости. Изменение температуры жидкости во время взвешивания приводит к изменению плотности жидкости и объема взвешиваемого тела, что нарушает равновесие весов.

Перед погружением в жидкость испытуемое тело промывают в спирте и просушивают; при взвешивании в нефтяной жидкости для промывки используют бензин. Проволоку, на которой подвешивают тело, также следует промыть и просушить. Платиновую проволоку необходимо прокалить.

После взвешивания погруженного в жидкость тела с проволокой взвешивают отдельно проволоку, подвешенную к крючку весов и погруженную в жидкость; таким образом определяют массу гирь, уравновешивающих тело. При этом если тело имеет сравнительно большой объем, то для взвешивания проволоки его следует оставить в жидкости, чтобы не изменился ее уровень.

Необходимо следить за тем, чтобы на поверхности тела и на погруженной в жидкость части проволоки не оседали пузырьки воздуха.

Для получения надежных результатов гидростатическое взвешивание рекомендуется повторять несколько раз, определяя затем среднее арифметическое из найденных значений.

Искомая плотность при температуре t определится делением массы на объем при той же температуре.

ρt = (ρ - D)m1/(m1 - m2) + D, (3)

где m1 - масса гирь, уравновешивающих тело в воздухе;- масса гирь, уравновешивающих тело в жидкости;

ρ - плотность жидкости, в которую погружается тело, при температуре t;- средняя плотность воздуха во время взвешивания тела в воздухе и в

жидкости;

При весьма точных измерениях плотность воздуха D определяют по формуле

= [0,001293/(1 + 0,00367t)]*[(Р - 0,375h)/760] г/см3, (4)

где t - температура воздуха, °С;

Р - барометрическое давление, мм рт. ст.;- упругость водяных паров, содержащихся в воздухе, мм рт. ст.

(определяется при помощи психрометра).

Обычно оказывается достаточным принимать плотность воздуха равной 0,0012 г/см3.

Пикнометричесий метод

Это наиболее точный и самый трудоемкий метод. Пикнометр представляет собой специальную стеклянную колбу определенной вместимости. Существует много разновидностей пикнометров, и их применение определяется родом испытуемого вещества, его количеством, а также требуемой точностью измерений. Наиболее распространены колбообразные стеклянные пикнометры шаровидной или цилиндрической формы, которые закрываются либо глухой притертой пробкой (эти пикнометры имеют круговую метку на горле - рис. 1, а и в), либо притертой пробкой с капиллярным отверстием (рис. 1, б). Пикнометры с меткой, нанесенной на вставной горловине (рис. 1, в), применяют для определения плотности твердых тел.

Рис. 1 - Стеклянные пикнометры: а, б, в - колбообразные шаровидные; г - U-образный

Пикнометрический метод определения плотности твердого тела основан на взвешивании тела, занимающего в пикнометре известный объем, найденный весовым способом.

При пользовании пикнометром точность измерения плотности в значительной степени зависит от чистоты стекла внутри и снаружи прибора. Поэтому, приступая к измерениям, пикнометр необходимо тщательно промыть последовательно хромовой смесью, дистиллированной водой и ректификованным этиловым спиртом. Промытый пикнометр необходимо хорошо просушить.

Для определения плотности твердого тела необходимо взвесить это тело, затем взвесить пикнометр со вспомогательной жидкостью, налитой в него до требуемого уровня при определенной температуре, опустить тело в пикнометр с жидкостью, установить жидкость до первоначального уровня при той же температуре. Отбирать излишек жидкости следует весьма осторожно, используя для этой цели пипетку с оттянутым капилляром или согнутую в трубку фильтровальную бумагу. После того как уровень жидкости установится против метки, внутреннюю поверхность горла пикнометра вытирают свернутой в трубку фильтровальной бумагой (при этом бумага не должна касаться мениска жидкости). Пикнометр закрывают пробкой и тщательно обтирают снаружи льняной тряпкой, не оставляющей на поверхности пикнометра хлопьев, которые могут изменить массу пикнометра. Далее взвесить пикнометр с телом и жидкостью.