Реферат: Методы определения плотности металлов и сплавов

Плотностью называют массу единицы объема вещества. Массу определяют путем взвешивания. Напомним, что численное значение плотности, выраженное в г/см3, совпадает с численным значением удельного веса, выраженным в гс/см3. Это позволяет при измерениях массы оперировать результатами взвешивания. Поэтому плотность вещества γ можно выразить как отношение веса в вакууме P ₀ к его объему V

γ = P ₀ /V (1)

Используя закон Архимеда, взвешивание в вакууме можно заменить

взвешиванием в воздухе

P ₀ =P₁ + V γ₁ (2)

Здесь P ₁ – вес образца в воздухе, γ ₁ – плотность воздуха. Из уравнений

(1) и (2) находим

γ = P₁ + V γ₁ / V = P₁ / V + γ₁ (3)

Определение объема образца путем вычисления по результатам измерения его размеров обычно не обеспечивает необходимой точности. По-этому объем образца находят косвенным путем, заменяя измерение размеров взвешиванием. Ниже рассмотрены два метода, в которых используется этот прием.

1.1. Определение плотности методом трехкратного взвешивания

Определяют вес образца в воздухе P ₁ , вес пикнометра[1] с жидкостью P ₂ и вес пикнометра с жидкостью и образцом, погруженным в жидкость, P ₃ .

В двух последних случаях уровень жидкости в пикнометре устанавливают по метке на горловине сосуда. Очевидно, что

P ₃ =P ₁ +P ₂ −V (γ₂ −γ₁ ) . (4)

В этом уравнении γ₂ – плотность жидкости, заливаемой в пикнометр, V (γ₂ −γ₁ ) – вес жидкости, вытесненной образцом. Из последнего уравнения

V= P ₁ +P ₂ - P ₃ / γ₂ −γ₁ (5)

Подставив найденное значение V в уравнение (3), получим

γ = P ₁ (γ₂ −γ₁ ) / P ₁ +P ₂ - P ₃ (6)

Жидкость, заливаемая в пикнометр, должна хорошо смачивать его стенки и поверхность образа, чтобы не оставалось пузырьков воздуха, которые могли бы уменьшить величины P 2 и P 3 .

1.2. Метод гидростатического взвешивания

Как и в предыдущем случае, исходным соотношением для определения плотности служит уравнение (3). Для нахождения объема образца его взвешивают в воздухе и в жидкости (P ₁ и P ₂ соответственно). Вес образца в вакууме можно выразить через его вес в жидкости аналогично соотношению (2). Используя те же соотношения, что и в разделе 1.1, находим

P ₀ =P ₂ + γ₂ V . (7)

Так как правые части уравнений (2) и (7) равны, то

V = P ₁ - P ₂ / γ₂ −γ₁ (8)

Подставив найденное значение V в уравнение (3), получим

γ = (P ₁ (γ₂ −γ₁ ) / P ₁ - P ₂ ) + γ₁ (9)

Для взвешивания образца в жидкости его привязывают тонкой проволочкой к чаше аналитических весов и погружают в сосуд с жидкостью. Далее взвешивание производится обычным образом. При этом определяют суммарный вес Р₃ образца, находящегося в жидкости, и проволочки, частично погруженной в жидкость. Затем определяют вес ( P ₄ ) без образца проволочки, опущенной в жидкость на ту же глубину, что и при взвешивании образца. Очевидно, что P ₂ =P ₃ −P ₄ .

[1] Пикнометр – прибор для измерения плотности