Плотность электролита, ареометр: конструкция прибора, алгоритм измерений

Что это? Плотность электролита и ареометр – неотъемлемые понятия. Первое указывает на степень разряженности автомобильного аккумулятора, второе – прибор, с помощью которого можно измерить этот показатель.

Как измерять? Чтобы измерить плотность электролита ареометром, необходимо отсоединить клеммы и снять АКБ, затем открутить крышечки смотровых колодцев и поочередно провести измерения.

 

В этой статье:

1. О чем говорит плотность электролита в АКБ
2. Что собой представляет ареометр для измерения плотности электролита
3. Техника безопасности при измерении плотности электролита ареометром
4. Алгоритм измерения плотности электролита ареометром
5. Долив воды после измерения плотности электролита

О чем говорит плотность электролита в АКБ

Одним из способов определения неисправности аккумуляторной батареи является измерение плотности электролита.

Замеры производятся как при замкнутой электроцепи, так и без. Если плотность низкая, то это означает, что:

• неисправность локализована в какой-то отдельной ячейке;
• имеет место глубокий разряд всей батареи;
• внутри аккумулятора разорвана цепь.

Для измерения плотности электролита применяют специальный прибор – ареометр (другое название – денсиметр).

Классическим электролитом в АКБ выступает раствор серной кислоты. Именно ее концентрация и влияет на плотность: чем выше содержание h3SO4 в растворе, тем больше и плотность. Однако на данный показатель дополнительно оказывают влияние:

• температура электролита;
• уровень заряда АКБ.

Когда батарея разряжается, часть серной кислоты реагирует с металлом пластин (образуя соль). В итоге плотность электролита падает.

Для того чтобы получать релевантные данные, измерение плотности кислотного раствора принято проводить, когда его температура составляет 25 °С (или близка к ней).

Нормальным значением плотности при полной зарядке аккумулятора является показатель 1,27 г/см³ (±0,01). В зависимости от климатической зоны, где происходит эксплуатация АКБ, плотность может варьироваться в пределах ±5 %.

По мере разрядки батареи линейно снижается и плотность. Когда заряд оказывается израсходованным наполовину, плотность достигает значения в 1,2 г/см³ (±0,01). При полной разрядке – 1,1 г/см³ (±0,01).

У исправного аккумулятора (в котором нет коротких замыканий между пластинами) плотность электролита во всех банках одинаковая (и химический состав раствора тоже). Если же где-то коротит, то в неисправной банке плотность электролита будет заметно ниже – на 0,1-0,15 г/см

3. Если же плотность одинаково низкая во всех банках, то налицо глубокая разрядка. Такой эффект также может свидетельствовать о сульфатации АКБ или о ее сильном устаревании.

При зарядке линейно растет плотность электролита и концентрация кислоты в растворе. Как следствие, общий уровень жидкости в каждой банке повышается. При разрядке уровень падает, но он все равно должен полностью покрывать пластины. Недопустимо использовать батарею с низким уровнем электролита, когда верхние части пластин обнажены – перед установкой АКБ необходимо проверить уровень раствора в каждой банке (он должен быть миллиметров на 10-15 выше кромки сепараторов – пластин, генерирующих заряд).

 

Что собой представляет ареометр для измерения плотности электролита

Плотность электролита в аккумуляторе определяется по закону Архимеда. Ареометр имеет нормативную плотность, и то, насколько он погрузится в раствор, зависит от концентрации кислоты (на корпусе ареометра нанесена соответствующая шкала). Как же проверить плотность электролита ареометром на практике? Перед использованием данного прибора следует разобраться с единицами измерения – зачастую шкала нанесена не в г/см

3, а в системе СИ – в кг/м³.

Ареометр устроен крайне просто – он представляет собой тонкую, герметично запаянную стеклянную трубку (чтобы жидкость не повредила шкалу, она наносится на внутреннюю поверхность трубки). Один конец трубки имеет шарообразное утолщение, в котором находится утяжеляющий груз. Он нужен для того, чтобы измеритель мог плавать вертикально и было удобно разглядеть уровень его погружения по шкале.

Специально для измерения плотностей опасных жидкостей (как щелочей, так и кислот, содержащихся в электролите) разработаны автомобильные ареометры с улучшенной, немного более сложной конструкцией.

Данный прибор имеет прозрачную колбу, в который с помощью груши набирается исследуемая жидкость. Внутри колбы уже присутствует сам измеритель-ареометр, который оказывается погружен в жидкость в соответствии с соотношением плотностей. Конструкция колбы такова, что можно без проблем вернуть всю жидкость, взятую для измерения, обратно. Такой способ исследования позволяет произвести замеры плотностей в тех случаях, когда поместить в емкость с жидкостью обычный ареометр бывает трудно, а то и вовсе невозможно.

На рынке также можно найти электронные ареометры. Но они намного дороже аналоговых и при этом не дают очевидного преимущества, поэтому они не сильно распространены. Неправильно называть такие цифровые измерители плотности рефракторами. Последний является прибором, который определяет плотность жидкости по углу преломления света. Электронные ареометры используют иной принцип, а что касается рефракторов, то с их помощью удобно измерять физические характеристики иных автомобильных жидкостей, например антифриза.

Приобретайте такие ареометры, в которых шкала имеет максимальный масштаб. Большая цена деления позволит более точно определить плотность электролита, ведь здесь важна каждая сотая доля грамма на см³. В стеклянной колбе шкалу видно четче по сравнению с пластиковыми, которые со временем мутнеют. Однако стекло требует более бережного к себе отношения.

Техника безопасности при измерении плотности электролита ареометром

Осуществляя проверку плотности электролита в аккумуляторе ареометром, помните, что имеете дело с весьма концентрированной серной кислотой, неосторожное обращение с которой может привести к получению серьезных ожогов незащищенных участков кожи.

Соблюдайте следующие правила безопасности:

• перед тем как замерять плотность электролита ареометром, всегда надевайте высокий резиновый фартук;
• руки должны быть защищены длинными резиновыми перчатками;
• глаза надо прикрыть специальными защитными очками.

Помните! Контакт кислотного раствора из АКБ с глазами может привести к необратимой потере зрения! Если же кислота все-таки попала на незащищенные участки кожи, то нужно немедленно промыть это место под проточной водой в течение не менее 15 минут. Затем следует сделать раствор соды: на 20 мл воды нужно положить 1 чайную ложку, размешать и аккуратно нанести раствор на обожженный участок. Вместо раствора соды можно использовать мыльную воду. Щелочь нейтрализует действие кислоты. А после того, как пройдет боль, надо немедленно обратиться к врачу.

Товары из категории

Перейти в каталог

Алгоритм измерения плотности электролита ареометром

Замер плотности электролита ареометром в холодное время года, должен осуществляться в отапливаемом помещении (с температурой окружающего воздуха не менее +25 °С, при этом аккумулятор должен некоторое время постоять в теплом помещении, чтобы нагреться). Перед тем как приступать к измерениям, нужно выполнить ряд требований, влияющих на их точность:

• Батарея должна быть разряжена полностью.
• Если вы хотите установить плотность электролита полностью заряженной батареи, то после отключения от сети АКБ должна постоять несколько часов (химическая реакция по восстановлению кислоты из соли должна полностью прекратиться).
• При измерении плотности ареометром получаемые данные следует корректировать в зависимости от температуры окружающего воздуха (нормативным уровнем температуры является +27 °С; каждые 6 °С ниже данного значения убирают 0,004 г/см³ плотности, если выше, то к получаемому значению нужно приплюсовать 0,004).
• Пробки банок открываются исключительно по очереди, причем вскрытой одновременно остается лишь одна банка (также нужно тщательно вытереть корпус АКБ от всевозможных загрязнений – никакие посторонние примеси не должны попасть в электролит, берущийся для исследования).

Рассмотрим последовательность действий по пользованию автомобильным ареометром при замере плотности электролита в аккумуляторе.

1. Присоедините пипетку снизу и поместите в колбу ареометра денсиметр.
2. Далее пипеткой наберите электролит в банке АКБ и налейте образец в колбу ареометра.
3. Проследите, чтобы денсиметр не упирался в колбу другим своим концом – он должен свободно плавать в ней.
4. После того как вы наберете достаточно электролита в колбу, подождите несколько секунд, пока денсиметр не перестанет колебаться; затем отметьте у себя точку пересечения шкалы с уровнем жидкости.

Предварительно уточните единицы измерения. Если шкала плотности электролита вашего ареометра в кг/м³, то полученное значение нужно разделить на 1000.

Весьма распространены и ареометры с поплавками для проверки плотности электролита. Вот алгоритм пользования ими.

Принцип работы таких устройств следующий: колбу нужно наполнить раствором, и в зависимости от того, какова его плотность, на поверхность всплывет поплавок того или иного цвета. Значение каждого цвета указано на корпусе ареометра. Здесь не следует торопиться – после того как колба будет наполнена образцом жидкости, нужно подождать примерно 10-15 секунд. Поплавок-индикатор всплывает с запаздыванием.

Итак, нормальная плотность электролита в аккумуляторе составляет 1,27 г/см³. Более высокое значение на ареометре свидетельствует о присутствии в растворе избытка серной кислоты – ее нужно разбавить дистиллированной водой (ни в коем случае не из-под крана). Если плотность меньше 1,27 г/см³, то кислоты нужно, наоборот, добавить. А можно поступить и радикальнее: слить весь электролит из банки и залить купленный готовый, смешанный в заводских условиях раствор.

Некоторые автомобильные ареометры имеют несколько шкал, которые позволяют использовать их для определения плотности не только электролита, но и антифриза. Эта функциональная особенность представляет собой большую ценность в условиях крайнего севера, так как понимание плотности тосола дает возможность узнать температуру его кристаллизации. А если вы перемещаетесь между населенными пунктами в условиях зимней тундры, то данная информация может реально спасти вам жизнь (чтобы случайно не выключить на лютом морозе мотор и в итоге не остаться без источника тепла).

Если невооруженным глазом видно, что прибор не идеально чистый, то перед тем, как мерить плотность электролита ареометром, обязательно нужно промыть его от остатков кислоты. Использовать для этого нужно исключительно купленную в аптеке дистиллированную воду. Также настоятельно рекомендуется неукоснительно соблюдать нижеуказанные требования:

• Ни в коем случае не пренебрегайте правилами безопасности – при работе с кислотосодержащими растворами используйте защитную одежду и не делайте торопливых, резких движений (в противном случае вероятность получения химического ожога возрастает на порядок).
• Денсиметр должен свободно плавать в колбе, не касаясь ее стенок (в противном случае он может к ним прилипнуть, и показания прибора будут сбиты, а пальцем его не оттолкнешь).
• Опасность представляет не только раствор серной кислоты в АКБ, но и некоторые составы антифриза – производители часто добавляют туда вместо пропиленгликоля этиленгликоль, который является летучим соединением и чрезвычайно ядовит (используйте при таких замерах средства защиты органов дыхания – респираторные маски и противогазы).

Долив воды после измерения плотности электролита

Раньше с помощью ареометров постоянно снимались показания плотности электролита, и в банки аккумуляторов регулярно приходилось подливать дистиллят. В современные АКБ при штатной эксплуатации ничего доливать не нужно (батареи стали необслуживаемыми). В чем же суть изменений?

Дело в том, что процедура зарядки батареи предусматривает выделение тепла, которое приводит, прежде всего, к интенсивному испарению воды из раствора электролита. От цикла к циклу вода постепенно выпаривалась, просачиваясь через некачественные уплотнения заглушек.

Электролит полностью должен покрывать свинцовые пластины, чтобы они взаимодействовали с серной кислотой всей своей площадью – от этого зависит электрическая эффективность химической реакции. Если уровень раствора низкий, то объема генерируемой электрической мощности может просто не хватить для запуска двигателя. К тому же при выпаривании воды увеличивается концентрация серной кислоты (и ее плотность), то есть опять же образуется ее излишек, который не будет участвовать в реакции, – емкость аккумулятора снижается дополнительно.

Поэтому раньше в банки АКБ изредка добавляли воду (ведь серная кислота при образующихся при зарядке температурах не выпаривается).

Принцип работы аккумуляторов остался прежним, но почему же сейчас ничего доливать не нужно? Неужели нашли способ заставить воду не испаряться при нагревании? И да, и нет. Вода испаряется, но в разы в меньших количествах. В старые аккумуляторы для обеспечения большей прочности свинцовых пластин добавлялась сурьма. Но она одновременно играла роль катализатора гидролизного процесса, при котором вода под действием электрического тока разлагалась на водород и кислород.

А уж водород не удержишь никакими уплотнителями – этот газ способен диффундировать даже сквозь стенки кварцевых реторт. В итоге в старых АКБ вода не столько выпаривалась, сколько улетучивалась, будучи разложенной на составляющие ее газы.

В современных батареях вместо сурьмы используют кальциевые присадки. Эти АКБ лучше полностью не разряжать, но зато и электролит в них остается на одном и том же уровне в течение всего эксплуатационного периода.

Регулярная проверка уровня и плотности электролита ареометром позволит вам контролировать исправность аккумуляторной батареи на вашем транспортном средстве самостоятельно (на СТО за эту услугу придется заплатить). Регулярно отслеживая и корректируя плотность кислотного раствора, вы сможете быть уверенными, что без энергии в самый ответственный момент вы не останетесь. Более того, АКБ в таком случае прослужит гораздо дольше гарантийного срока.

Как проверить плотность электролита в аккумуляторе или поднять его

Вовсе не редкостью являются ситуации, когда двигатель не хочет заводиться и возникают проблемы с пуском. Довольно часто причина кроется именно в разряженном аккумуляторе. Это становится следствием изменения свойств содержащегося внутри электролита. Её необходимо поднять.

Но прежде чем начинать мероприятия по изменению плотности, нужно понять причины, из-за которых такая ситуация возникла. Просто так качество раствора, состоящего из дистиллированной воды и серной кислоты, меняться не будет.

Определившись с причинами, удастся правильно провести ремонтно-восстановительные мероприятия, продлить срок службы АКБ и отложить покупку новой батареи. На практике повлиять на плотность вовсе не так сложно.

Содержание

1. Причины снижения плотности
2. В чём опасность высокой и низкой плотности
3. Правильные показатели плотности
4. Как проверить плотность
5. Особенности повышения плотности
6. Повышение с помощью ЗУ

Причины снижения плотности

Есть несколько факторов, влияющих на показатели плотности у электролита в аккумуляторах.

К ним можно отнести такие моменты:

• Разряд АКБ. Одна из главных причин, почему падает плотность электролита в автомобильном аккумуляторе. Параллельно со снижением заряда падают и показатели плотности. Заряжая АКБ, плотность постепенно повышается. Когда происходит потеря большой части ёмкости, это указывает на изменение концентрации состава в сторону уменьшения.
• Эксплуатация. Со временем батарея изнашивается естественным путём, то есть длительная эксплуатация также влияет на кислоту.
• Хранение. Особенно опасным и вредным считается продолжительное хранение в условиях пониженной температуры.
• Выкипание. Электролит может выкипать при перезаряде. Это может произойти под влиянием зарядного устройства либо из-за неисправного генератора.
• Злоупотребление водой. Чтобы поддерживать уровень электролита, водители часто добавляют воду. Но забывают воспользоваться прибором для проверки плотности. Помимо воды, могут происходить и потери кислоты. Тем самым, добавляя воду, меняется плотность.

Если будет установлена точная причина, из-за которой плотность электролита в вашем аккумуляторе падает, вы сможете без особых сложностей её устранить. Но важно понимать, что не всегда ресурс АКБ зависит от плотности. Случается и так, что без замены батареи никак не обойтись.

В чём опасность высокой и низкой плотности

Не всем автомобилистам известно, на что именно влияет плотность содержащегося в аккумуляторе раствора электролита, а как её изменение может повлиять на АКБ.

В действительности как низкая, так и высокая плотность, наблюдаемая у электролита, может поставить крест на аккумуляторе и привести к необходимости его замены.

Когда концентрация выше допустимой нормы, батарея раньше своего времени выходит из строя. Кислота постепенно начинает разрушать пластины.

В низкой концентрации тоже нет ничего хорошего. При этом протекают такие процессы:

• Сульфатация. Это процесс образования на пластинах из свинца белого твёрдого налёта. Из-за него АКБ попросту не может принимать заряд.
• Увеличивается порог замерзания. Если кислоты в составе мало, раствор может начать кристаллизоваться даже при -5 градусах Цельсия. Ледяная корка деформирует внутренние компоненты, может произойти короткое замыкание на пластинах.
• Нарушится пуск двигателя. Это будет проявляться в основном в зимний период.

Как видите, последствия изменения плотности разные, но все они ни к чему хорошему для автовладельца не ведут.

Правильные показатели плотности

Теперь закономерно спросить, какая же плотность тогда должна быть в аккумуляторе автомобиля.

Обычно не предусматривается существенное изменение плотности у электролита в аккумуляторах зимой и летом, ориентируясь только на период холодов.

Существуют специальные таблицы с параметрами плотности электролита в аккумуляторах, в зависимости от климатической зоны. То есть температура окружающей среды непосредственно связана с тем, какая концентрация смеси из кислоты и воды должна быть в АКБ.

Если говорить об эксплуатации аккумулятора под капотом автомобиля зимой, то плотность и его норма должны соответствовать таким значениям:

• При эксплуатации АКБ зимой, при отрицательной температуре, плотность заливаемого электролита должна составлять 1,27 г/см3.
• Если это крайний север с температурой от -30 до -50 градусов, при заливке должно быть 1,27, а при полном заряде АКБ 1,29.
• Для северного региона с температурой от -15 до -30 это 1,26 и 1,28 г/см3 для заливаемого электролита и при полностью заряженной батарее соответственно.
• Когда температура находится в пределах от -4 до -15 градусов, тогда таблица по плотности электролита в автомобильном аккумуляторе подсказывает о поддержании значений на уровне 1,24-1,26.
• Если это южный регион, когда температура редко падает ниже -10 градусов, хватит и 1,22-1,24 г/см3.
• В тропических регионах с положительной температурой даже зимой используют электролиты с плотностью 1,2-1,22 г/см3.

Да, плотность электролита, используемого в аккумуляторе зимой или летом, напрямую зависит от погодных условий.

Несколько корректировать плотность у электролита в автомобильном аккумуляторе летом нужно, если наблюдается сильная жара. Концентрация несколько снижается.

Главным условием поддержания работоспособности АКБ является не плотность электролита, а уровень заряда батареи.

Поэтому старайтесь всегда следить за степенью заряда, параллельно используя ареометр для проверки плотности.

Как проверить плотность

Далее следует рассказать о том, как можно проверить плотность в аккумуляторе и что для этого потребуется использовать.

Проверять плотность можно только в обслуживаемых и малообслуживаемых АКБ, где есть доступ к содержимому батареи.

Ведь закрытые виды батарей, которые считаются необслуживаемыми, не оснащены крышками банок. То есть их не получится открутить и специальным прибором оценить состояние рабочей жидкости.

Если вы не знаете, как проверять параметры плотности электролита в аккумуляторах, ознакомьтесь со следующей инструкцией.

Для работы вам потребуется определённый набор. Состоит он из:

• защитных перчаток;
• закрытой одежды;
• очков;
• денсиметра.

Именно денсиметр позволяет измерить плотность содержащегося в аккумуляторе электролита.

Этот прибор для измерения плотности представляет собой стеклянную трубочку с грушей, а также встроенный ареометр. Фактически именно ареометр способен показать, какая концентрация электролита в вашем аккумуляторе.

Далее остаётся выполнить лишь несколько пошаговых действий.

Предлагаем инструкцию о том, как правильно проверить плотность у обслуживаемого автомобильного аккумулятора:

• Аккумулятор отключается от проводов, снимаются клеммы, устройство извлекается с посадочного места. Защитный кожух следует снять и открутить пробки подручным инструментом.
• Далее проверяется уровень раствора. Обычно он должен быть на 10-15 мм. выше уровня пластин.
• Если АКБ не заряжена, её следует подключить к зарядному устройству. По завершению зарядки нужно подождать около 5-7 часов.
• Если уровень жидкости нормальный, внутрь одной из банок погружается прибор, грушей выкачивается немного раствора.
• Ареометр должен оказаться погружённым в смесь, не касаться стенок колбы.
• Считываются данные на ареометре и записываются.
• Те же самые процедуры проводятся на остальных банках.
• Выполняется сравнение полученной информации с показателями нормы.

Проводить такие работы следует только при положительной температуре. Оптимально добиться диапазона 20-25 градусов Цельсия.

У необслуживаемых АКБ предусмотрен цветовой индикатор, позволяющий понять текущую плотность и состояние батареи.

В основном этот индикатор отражает степень заряда. Зелёный означает полный заряд, белый — около 50%, а чёрный — полную потерю заряда.

Особенности повышения плотности

Приняв во внимание все нюансы, стоит рассказать о том, как поднять плотность при изменении концентрации электролита в аккумуляторе.

Сделать это можно самостоятельно. Ведь чтобы поднять сниженную плотность у электролита, никаких отверстий в аккумуляторе обслуживаемого типа делать не придётся.

Нормой измерения при комнатной температуре считается 1,25-1,29 г/см3. Если показатели ниже, нужно поднимать плотность. Снижение параметров только в одной банке указывает на короткое замыкание.

Есть несколько рекомендаций для того, чтобы повысить плотность упавшего электролита в самом аккумуляторе. Для начала нужно сделать следующее:

• Полностью зарядить АКБ, поскольку проверять плотность при разряде проводить нельзя. Добавив электролит, концентрация резко увеличится и начнётся разрушение пластин.
• Привести температуру жидкости в норму. Работать следует в диапазоне 20-25 градусов Цельсия.
• Убедиться, что уровень в каждой банке соответствует норме.
• Осмотреть АКБ на предмет повреждений и дефектов.

Далее проводится непосредственно сама корректировка параметров плотности с помощью электролита, чтобы в аккумуляторе восстановить рабочие характеристики.

Если уровень слишком низкий и упал ниже 1,18 г/см3, восстановлению такая АКБ уже не подлежит.

Если плотность выше этого порога, её требуется увеличить. Для этого нужно:

• разрядить АКБ, подключив её к какому-нибудь потребителю вроде лампочки;
• подготовить корректирующий электролит, продаваемый в магазинах;
• с помощью груши откачать небольшое количество смеси из каждой банки;
• добавить не более 50% от откаченного объёма новый электролит;
• поставить батарею на зарядку минут на 30, чтобы выровнять концентрацию во всех банках;
• дать постоять АКБ на ЗУ при минимальном зарядном токе;
• отключить батарею.

Примерно через 2-3 часа делается повторная проверка. Если концентрация ещё недостаточная, процедура повторяется.

Повышение с помощью ЗУ

Отдельного внимания заслуживает вопрос о том, как поднять упавшую плотность в своём аккумуляторе, воспользовавшись зарядным устройством.

Суть заключается в том, чтобы восстановить постепенно плотность залитого электролита путём подачи минимального тока. В необслуживаемом автомобильном аккумуляторе доступа к банкам нет. Тут единственным решением будет поставить АКБ на ЗУ и подождать 1-3 суток.

Это позволит постепенно испаряться лишней влаге, и тем самым плотность кислотно-водного раствора будет увеличиваться.

Процедура восстановления электролита не самая сложная, но при её выполнении важно соблюдать ряд рекомендаций.

Как определить плотность металла – Примечания Канадского института охраны природы (CCI) 9/10

• Введение
• Процедура: определение плотности металла
• Наука, стоящая за измерением плотности
• Благодарности
• Ссылки

Введение

Плотность объекта равна массе объекта, деленной на его объем. Плотность характеризует материал, из которого сделан объект, и ее значение может помочь идентифицировать материал.

За исключением объектов простой формы, трудно определить объем напрямую. Простой способ определить плотность металлического предмета — взвесить его в воздухе, а затем снова взвесить, когда он будет погружен в жидкость, как описано в разделе Наука об измерении плотности. Вода является наиболее удобной жидкостью для использования, но если предмет нельзя погружать в воду, можно использовать органические растворители, такие как этанол или ацетон. Плотность объекта можно рассчитать по двум измерениям веса и плотности жидкости.

При правильном балансе и подходящем контейнере этот метод можно использовать для самых разных объектов: больших или малых, металлических и неметаллических. Этот метод работает для сложных форм, даже для объектов с отверстиями, если жидкость может проникнуть в отверстия и заполнить их. После того, как плотность определена, ее можно сравнить с плотностью известных материалов, чтобы сузить круг вопросов, из которых может быть сделан объект.

В этом примечании описывается процедура и необходимые материалы для определения плотности металлического предмета. Первым шагом является проведение процедуры на одном или нескольких металлических объектах известного состава, будь то чистый металл или сплав, чтобы получить опыт использования метода и убедиться, что он используется правильно. Затем можно определить плотность неизвестных металлов.

Процедура: определение плотности металла

Оборудование и материалы, необходимые для определения плотности

• Небольшие металлические предметы, которые можно погружать в воду
• Весы с возможностью взвешивания ниже баланса (то есть могут взвешивать предметы, подвешенные под ним) и которые могут измерять с разрешением не менее 0,01 грамма (см. раздел Весы без возможности взвешивания ниже баланса, чтобы узнать, как адаптировать процедуру взвешивания ниже баланс)
• Металлическая проволока для крепления к крючку внутри баланса (хорошо подойдет изогнутая скрепка)
• Подставка или платформа для удержания баланса, чтобы предметы можно было подвешивать под ней с помощью крючка
• Стаканы достаточно большие, чтобы предметы могли быть полностью погружены в воду без перелива жидкости
• Опоры для удержания стаканов на нужной высоте под весами
• Водопроводная вода
• Калькулятор     
• Нейлоновая нить (например, леска или аналогичный легкий материал) для подвешивания предметов под весами
• Одноразовые нитриловые перчатки
• Дополнительно: зажимы для крепления опоры весов к краю стойки

Процедура определения плотности с возможностью взвешивания ниже баланса

1. Снимите крышку с нижней стороны весов, чтобы открыть внутренний крючок.
2. Поместите весы на опору с отверстием для доступа к внутреннему крюку.
3. Прикрепите проволочный крюк к внутреннему крюку, а затем тарируйте весы (установите их на ноль).
4. Подвесьте предмет на крючок под весами с помощью нейлоновой нити или аналогичного материала и взвесьте его в воздухе. Надевайте перчатки при работе с металлическими предметами, особенно с теми, которые, как предполагается, содержат свинец.
5. Наполните стакан водой и поставьте его под весы.
6. Поднимите стакан, пока объект полностью не погрузится в него. Поместите подставку под стакан, чтобы удерживать его на нужной высоте. Убедитесь, что под объектом или в пустотах внутри объекта нет пузырьков.
7. Взвесьте погруженный объект.
8. Рассчитайте плотность, используя приведенное ниже уравнение.
9. Сравните расчетную плотность с известной плотностью металлов и сплавов, используя приведенную ниже таблицу или более подробные списки, доступные в справочных материалах.
10. Повторите шаги 4–9 с остальными объектами.

Расчет плотности

Плотность ρ объекта или материала определяется как масса m, деленная на объем V; в символах ρ = m/V. Если предмет взвешивают в воздухе, чтобы определить его фактическую массу, и взвешивают в жидкости, чтобы определить его (кажущуюся) массу в жидкости, то плотность предмета определяется как:0017

Плотность воды 0,998 г/см ³ при 20°С и 0,997 г/см ³ при 25°С.

Результаты этой процедуры

Примеры объектов

На рис. 1 показаны примеры восьми различных металлических образцов, использованных для демонстрации этой процедуры.

© Правительство Канады, Канадский институт охраны природы. CCI 120260-0358
Рисунок 1. Металлические предметы, используемые для демонстрации процедуры.

Ниже приведены измеренные значения плотности образцов металлов на рис. 1.

В верхнем ряду слева направо:

1. Вероятно, чугун (7,13 г/см ³ )
2. Алюминий высокой чистоты (2,70 г/см ³ )
3. Красноватый медный сплав (возможно, 85 % меди и 15 % цинка, 8,23 г/см ³ )
4. Медь высокой чистоты (8,88 г/см ³ )

В нижнем ряду слева направо:

5. Литой цинк (сплав неизвестен, 7,09 г/см ³ )
6. Свинец высокой чистоты (11,20 г/см ³ )
7. Олово высокой чистоты (7,27 г/см ³ )
8. Желтый картридж из латуни (70 % меди и 30 % цинка, 8,45 г/см ³ )

В каждом образце плотность определяли по приведенной выше формуле. Например, для алюминиевого предмета (b) масса оказалась равной 110,18 г в воздухе и 69,45 г в воде, что дает плотность 2,70 г/см ³ . Для чугунного предмета (а) масса была 2090,47 г в воздухе и 180,13 г в воде, что дает 7,13 г/см ³ . Для свинцового объекта (f) масса в воздухе составляла 102,44 г, а в воде — 93,31 г, что дает 11,20 г/см ³ .

Измеренные плотности алюминия, чугуна и свинца (2,70, 7,13 и 11,20 г/см ³ ) близки к известным плотностям (2,71, 7,20 и 11,33 г/см ³ из таблицы 1). Таким образом, алюминиевые и свинцовые предметы легко идентифицируются по плотности.

Для предмета из чугуна одной плотности недостаточно, чтобы исключить другие металлы, такие как цинк (известная плотность 7,13 г/см ³ ). Когда плотность неизвестного металла близка к нескольким металлам и сплавам (например, цинку, железу и олову), тогда необходимо определить другие свойства, такие как магнетизм и цвет, чтобы помочь идентифицировать его.

Известная плотность отдельных металлов и сплавов

Известная плотность некоторых металлов и сплавов приведена в таблице 1 в порядке возрастания плотности (ASTM 2006, Lide 1998).

Таблица 1: известная плотность выбранных металлов и сплавов

Металл или сплав	Плотность (г/см 3 )
Алюминий	2,71
Алюминиевые сплавы	2,66–2,84
Цинк	7,13
Железо (серое литье)	7,20
Олово	7,30
Сталь (углеродистая)	7,86
Нержавеющая сталь	7,65–8,03
Латунь (картридж: 70 % меди, 30 % цинка)	8,52
Латунь (красная: 85 % меди, 15 % цинка)	8,75
Нейзильбер (65 % меди, 18 % никеля, 17 % цинка)	8,75
Бронза (85 % меди, 5 % олова, 5 % цинка, 5 % свинца)	8,80
Никель	8,89
Медь	8,94
Серебро	10,49
Свинец	11,33
Золото	19. 30

Детали баланса

Весы с возможностью взвешивания ниже нормы обычно поставляются с крышкой под внутренним крюком. На рис. 2 показан пример расположения крышки на дне весов.

© Правительство Канады, Канадский институт охраны природы. CCI 120260-0359
Рис. 2. Весы с возможностью взвешивания ниже баланса.

На рис. 3 показан увеличенный вид с закрытой крышкой; на рис. 4 крышка открывается, открывая внутренний крючок.

© Правительство Канады, Канадский институт охраны природы. CCI 120260-0360
Рис. 3. Фрагмент нижней стороны весов, показывающий подвижную металлическую крышку, закрывающую внутренний крюк.

© Правительство Канады, Канадский институт охраны природы. CCI 120260-0361
Рис. 4. Фрагмент нижней стороны весов, показывающий внутренний крючок после поворота металлической крышки.

На рис. 5 показана металлическая проволока, согнутая в виде крючков на обоих концах. На рис. 6 показан крючок на одном конце проволоки, прикрепленный к внутреннему крючку внутри весов.

© Правительство Канады, Канадский институт охраны природы. CCI 120260-0363
Рисунок 5. Проволока с концами, загнутыми в форме крючка.

© Правительство Канады, Канадский институт охраны природы. CCI 120260-0362
Рисунок 6. Деталь проволоки, загнутой в крюки на обоих концах. Верхний конец крючка прикреплен к другому крючку внутри весов.

На рис. 7 показаны весы, размещенные на подставке из плексигласа с прорезанным в верхней части отверстием. Отверстие позволяет получить доступ к крючку на нижней стороне весов.

© Правительство Канады, Канадский институт охраны природы. ТПП 120260-0365
Рис. 7. Весы помещаются на подставку из плексигласа, при этом крюк вот-вот пройдет через отверстие в подставке.

На рис. 8 показаны весы на штативе из плексигласа с прямоугольным образцом из чистой меди, взвешиваемым на воздухе. На рис. 9 показаны весы на штативе из плексигласа с прямоугольным образцом из чистой меди, взвешиваемым в воде. Меньшая подставка из плексигласа используется для поддержки стакана на нужной высоте.

© Правительство Канады, Канадский институт охраны природы. ТПП 120260-0366
Рис. 8. Взвешивание прямоугольного образца чистой меди на воздухе.

© Правительство Канады, Канадский институт охраны природы. CCI 120260-0367
Рис. 9. Прямоугольный образец из чистой меди, погруженный в воду.

На рис. 10 показан пример объекта с отверстием, в которое попали пузырьки воздуха. Будьте осторожны, чтобы пузырьки воздуха не попали в объект, так как это приведет к неточным показаниям.

© Правительство Канады, Канадский институт охраны природы. ТПП 120260-0375
Рисунок 10. Три пузырька воздуха, застрявшие в отверстии.

Дополнительная информация

Использование других растворителей, кроме воды

Если нецелесообразно погружать объект в воду, например, из железа, из-за того, что он очень восприимчив к ржавчине, можно использовать органический растворитель, такой как ацетон или безводный этанол. Необходимо использовать надлежащую вентиляцию и соответствующие средства индивидуальной защиты. Рекомендуемое оборудование см. в паспорте безопасности (SDS) конкретного растворителя. Плотность ацетона 0,790 г/см ³ и плотность безводного этанола 0,789 г/см ³ , оба при 20°С. Для тех, кому может понадобиться использовать одну из этих других жидкостей, попробуйте измерить плотность объекта, используя как воду, так и одну из этих жидкостей, и сравните результаты.

Советы по адаптации весов

Альтернативная подставка для весов

Лист фанеры с отверстием можно прикрепить к краю стойки, если нет подставки для балансировки (Рисунок 11).

© Правительство Канады, Канадский институт охраны природы. CCI 120260-0296
Рисунок 11: Платформа для весов из фанеры и зажимов.

Весы без возможности взвешивания ниже баланса

Весы без крюка для взвешивания можно использовать для определения плотности, но для этого требуется рама, чтобы подвешивать объект под весами и передавать вес объекта на весы. Баланс должен быть установлен на платформе; можно использовать установку, подобную показанной на рис. 11. (В этом случае отверстие в дереве, показанное на рис. 11, не требуется.) Затем вокруг весов и платформы устанавливается четырехгранная рама (в форме фоторамки), которая опирается только на чашу весов и не соприкасается ни с одной из сторон. другая часть баланса (рис. 12). Весы тарируются с рамой и крюком на месте, а затем объект прикрепляется к крюку на раме и взвешивается в воздухе и в жидкости, как в шагах 4–9.Методика: определение плотности металла.

© Правительство Канады, Канадский институт охраны природы. CCI 120260-0298
Рис. 12. Вид спереди (левая сторона рисунка) и вид сбоку (правая сторона), демонстрирующие весы без возможности взвешивания ниже баланса. Верхний сегмент прямоугольной рамы опирается на чашу весов, а предмет крепится к нижнему сегменту.

Наука, стоящая за измерением плотности

Плавучесть и закон Архимеда

Методы этой процедуры восходят к третьему веку до нашей эры. В своей книге «О плавающих телах» Архимед Сиракузский предположил, что если объект погрузить в жидкость и взвесить, он будет измерен как легче, чем его истинный вес, на вес жидкости, которую он вытесняет. История гласит, что Архимед использовал эту идею, чтобы показать, что корона — это не чистое золото, а скорее смесь золота и серебра (Heath 1920).

Объект кажется легче в жидкости, потому что на объект действует сила, называемая выталкивающей силой. Сила возникает из-за того, что давление в жидкости увеличивается с глубиной, поэтому давление на нижнюю часть объекта (толкающее объект вверх) выше, чем давление на верхнюю часть (толкающее его вниз). Разница между давлением вверх и вниз создает выталкивающую силу. Выталкивающая сила, толкающая предмет вверх, действует против силы тяжести, которая тянет предмет вниз. Если выталкивающая сила меньше силы тяжести, объект утонет, но в жидкости будет казаться, что он весит меньше, чем в воздухе. Если выталкивающая сила больше силы тяжести, объект всплывет на поверхность жидкости.

Плотность объекта рассчитывается по приведенной ранее формуле

Когда плотность известна, ее можно использовать для расчета объема объекта по следующей формуле:

Объем объекта = (масса в воздухе) / (плотность объекта)

Как и вода, воздух создает выталкивающую силу. (Вот почему воздушные шары с гелием всплывают вверх.) Выталкивающая сила воздуха слишком мала, чтобы иметь значение в этой процедуре, но ее следует учитывать, когда требуется высокая точность взвешивания (Skoog et al. 2014).

Плотность определяется по перемещенному объему

Более простой, но менее точный способ измерения плотности состоит в том, чтобы поместить объект в жидкость и измерить объем вытесненной жидкости. Это можно использовать для небольших объектов, которые помещаются в градуированный цилиндр, например, чтобы решить, сделан ли объект из свинца или менее плотного металла.

Процедура следующая. Найдите градуированный цилиндр диаметром не намного больше предмета. Определите массу предмета с помощью подходящих весов. Добавьте воду в мерный цилиндр и запишите первоначальный объем. Полностью погрузите предмет в воду, стараясь не допустить появления пузырьков, а затем запишите объем еще раз. Объем объекта равен разности конечного и начального объемов, отсчитанных от градуированного цилиндра, а плотность — это масса, деленная на объем объекта.

В качестве примера была измерена фигурка лося. Масса составила 4,088 г. На рис. 13 фигурка изображена снаружи градуированного цилиндра, а на рис. 14 — в погруженном состоянии. Объем воды в градуированном цилиндре увеличился с 5,0 мл до 5,6 мл, когда фигурка была погружена в воду, что дало изменение объема на 0,6 мл. Игнорируя любые ошибки в измерении объема, вычисленная плотность составляет 4,088 г/0,6 мл = 6,8 г/см ³ . (Примечание: 1 мл = 1 см ³ .) Это меньше плотности цинка и может свидетельствовать о сплаве цинка и более легкого металла, возможно, магния или алюминия. Но учитывая небольшой объем, есть погрешности в измерении. Объем можно измерить только с точностью до 0,1 мл с помощью мерного цилиндра, поэтому объем может составлять от 0,5 до 0,7 мл. Таким образом, плотность может варьироваться от 4,088 г/0,7 мл = 5,8 г/см ³ до 4,088 г/0,5 мл = 8,2 г/см ³ . Из этого диапазона размеров фигурка может быть из цинка, железа, олова, стали или других сплавов, но это не чистый алюминий или чистый свинец. На самом деле анализ показал, что это олово с плотностью 7,30 г/см ³ .

© Правительство Канады, Канадский институт охраны природы. CCI 120260-0373
Рис. 13. Небольшой металлический предмет перед погружением в воду в градуированном цилиндре объемом 25 мл. Обратите внимание на уровень воды.

© Правительство Канады, Канадский институт охраны природы. CCI 120260-0374
Рисунок 14. Небольшой металлический предмет после погружения в воду в градуированном цилиндре объемом 25 мл. Уровень воды примерно на 0,6 мл выше, чем до погружения объекта.

Другое использование

Описанные выше процедуры можно использовать не только для идентификации металлов по их плотности.

Груз для литья металлов

При отливке скульптуры необходимо оценить количество металла, необходимого для заполнения формы модели скульптуры. Если отливаемая модель может быть погружена в воду, объем модели можно определить с помощью описанных выше методов. Тогда необходимую массу m металла можно рассчитать по объему V модели и плотности ρ металла по формуле m = ρV. (Имейте в виду, что дополнительный металл обычно требуется для заполнения каналов, направляющих расплавленный металл в форму.)

Благодарности

Особая благодарность Миган Уолли, Люси ‘т Харт и Кэтрин Мачадо, бывшим стажерам CCI, за их помощь в подготовке этой заметки.

Ссылки

ASTM G1-03. «Стандартная практика подготовки, очистки и оценки образцов для испытаний на коррозию». В Ежегодном сборнике стандартов ASTM, vol. 03.02. Вест Коншохокен, Пенсильвания: Американское общество испытаний и материалов, 2006 г., стр. 17–25.

Хит, Т.Л. Архимед. Нью-Йорк, штат Нью-Йорк: Макмиллан, 19 лет. 20.

Лиде, Д.Р., изд. Справочник CRC по химии и физике, 79-е изд. Бока-Ратон, Флорида: CRC Press, 1998, стр. 12-191–12-192.

Скуг, Д.А., Д.М. Уэст, Ф.Дж. Холлер и С.Р. Присесть. Основы аналитической химии, 9-е изд. Бельмонт, Калифорния: Брукс/Коул, 2014 г., стр. 22–23.

Автор Линдси Селвин

Également publié во французской версии.

© Правительство Канады, Канадский институт охраны природы, 2016 г.

ISSN 1928-1455

Калькулятор плотности

Создано Матеушем Мухой и Стивеном Вудингом

Отредактировано доктором наук Домиником Черниа и Джеком Боуотером

Последнее обновление: 21 декабря 2022 г.

Содержание:

• Как найти плотность 9000 4
• Формула плотности
• Плотность воды
• Часто задаваемые вопросы

Калькулятор плотности поможет вам оценить соотношение между весом и объемом объекта. Это значение, называемое плотностью, является одним из наиболее важных физических свойств объекта. Это также легко измерить.

Если вы хотите узнать, как найти плотность, продолжайте читать. Эта статья предоставит вам формулу плотности, на которой основан этот калькулятор. Вы также узнаете, как изменяется плотность воды при различных обстоятельствах.

Разберемся с этими вопросами:

• Как найти плотность;
• Что такое формула плотности; и
• Что влияет на плотность воды.

Как найти плотность

1. Определить вес объекта. Например, стакан воды весит 200 грамм200\\mathrm{грамм}200 граммов нетто (без учета стакана). 93}1 г/см3=1(1/1000 кг)/(1/1000000) м3=1000 кг/м3

Или вы можете использовать наш калькулятор плотности, чтобы упростить задачу!

Самый быстрый способ узнать плотность объекта — это, конечно же, воспользоваться нашим калькулятором плотности. Чтобы сделать расчет, вам нужно знать несколько других значений для начала. Запишите вес и объем предмета. После ввода этих значений в калькулятор плотности он выдаст вам результат в килограммах на кубический метр.

Если все, что вам нужно, это преобразовать различные единицы измерения, просто нажмите на единицу плотности и выберите нужные единицы из списка. Если вашей единицы измерения нет, вы можете использовать наш инструмент преобразования плотности. Вставьте туда свой результат; инструмент преобразует его в:

• Килограмм на кубический дециметр;
• фунта за кубический фут;
• фунта за кубический ярд; или
• фунта за галлон США.

Иногда людям нужно перевести граммы в чашки. Зная плотность продукта, а также его вес в граммах, можно найти объем ингредиента в стаканах. Специально для этой цели мы подготовили калькулятор граммов в чашки.

Позвольте нам добавить немного кривого, напомнив вам, что если вы хотите рассчитать плотность пикселей на экране, это не тот калькулятор, который вам нужен; попробуйте вместо этого калькулятор PPI.

Формула плотности

Другим способом расчета отношения веса к объему объекта является использование формулы плотности. Расчет не слишком сложен, так как вам нужно выполнить только одну операцию, чтобы найти его.

Формула плотности выглядит следующим образом:

D=m/vD = m / vD=m/v

где:

• DDD — плотность;
• ммм — масса; и
• ввв — объем.

Плотность воды

Для большинства целей достаточно знать, что плотность воды 1000 кг/м ³ . Однако, как и почти у всех материалов, его плотность меняется в зависимости от температуры. Однако у нас есть небольшая, но очень важная аномалия, когда речь идет о воде. Хотя общее правило состоит в том, что при повышении температуры плотность снижается, вода ведет себя по-разному в диапазоне от 0 °C до 4 °C.

Если вы охладите воду с комнатной температуры, она станет более плотной. Однако при температуре примерно 4 °C вода достигает максимальной плотности. Насколько это важно? Зимой озерам намного труднее полностью замерзнуть. Так как вода при температуре 4 °С самая тяжелая, она падает на дно озера. Более холодная вода остается на поверхности и превращается в лед. Это явление в сочетании с низкой теплопроводностью льда помогает дну озера оставаться незамерзающим, чтобы рыба могла выжить. Ученые считают, что именно этот принцип помог зародиться жизни на Земле. Если бы вода замерзала снизу вверх, то у жизни не было бы шанса.

Существуют и другие аспекты, влияющие на плотность воды. Она немного меняется, будь то водопроводная, пресная или соленая вода. Каждая растворенная частица внутри водоема влияет на его плотность. Калькулятор плотности воды может дать вам больше информации об этой проблеме.

Часто задаваемые вопросы

Что такое плотность?

Плотность материала — это количество массы, которое он имеет на единицу объема . Материал с более высокой плотностью будет весить больше, чем другой материал с более низкой плотностью, если они занимают тот же объем.

Как найти плотность?

1. Измерить массу (или вес) объекта в килограммах .
2. Измерить объем объекта в м ³ .
3. Разделите массу на объем.
4. Тогда у вас будет плотность объекта в кг/м ³ .

Как найти объем по плотности и массе?

1. Посмотреть плотность материала, из которого изготовлен предмет в кг/м ³ .
2. Измерить массу (или вес) объекта в килограммах .
3. Разделите массу на плотность.
4. Тогда у вас будет объем объекта в м ³ .

Какова формула плотности?

Формула для плотности представляет собой массу объекта, деленную на его том . В форме уравнения это d = m/v , где d — плотность , m — масса , а v — объем объекта. Стандартные единицы: кг/м ³ .

Как найти плотность жидкости?

1. Измерьте массу (или вес) жидкости с помощью некоторых весов и переведите в килограммы.
2. Измерить объем жидкости мерным кувшином и перевести в м ³ .
3. Разделите массу на объем.
4. Тогда вы получите плотность жидкости в единицах кг/м ³ .

Какая планета имеет самую низкую плотность?

Из восьми планет Солнечной системы Сатурн имеет самую низкую плотность 687 кг/м ³ . Это намного меньше плотности воды при 1000 кг/м ³ . Итак, если бы вы могли поместить Сатурн в водоем, он бы поплавок!

Какой элемент имеет наибольшую плотность при стандартной температуре и давлении?

Осмий — самый плотный элемент периодической таблицы, встречающийся в природе, с плотностью 22 590 кг/м ³ . Он сочетается с другими металлами для изготовления наконечников перьев перьевых ручек, электрических контактов и других изделий, подверженных повышенному износу.

Как измерить плотность объекта неправильной формы?

1. Мера массу (или вес) объекта неправильной формы с помощью весов и перевести в килограммы.
2. Измерьте объем неправильного объекта. Один из способов сделать это — погрузить объект в мерный кувшин с водой и записать, насколько увеличился его объем. Преобразуйте объем в m ³ .
3. Разделите массу на объем.
4. Вы получите плотность объекта в единицах кг/м ³ .

Как рассчитать плотность Земли?

1. Обратите внимание на массу Земли в килограммах, которая равна 6×10 ²⁴ кг.
2. Найдите объем Земли в м ³ , который равен 1,1×10 ²¹ м ³ .