¿Cuál es el principio de funcionamiento del densímetro?

1. Estructura y principio del densímetro

La estructura de la mayoría de los densímetros se muestra en la Figura 1. Está fabricado con tubo de vidrio sellado. El diámetro exterior del segmento AB es uniforme y se utiliza para marcar la línea de escala. El segmento BC está hecho de una burbuja de vidrio con un diámetro interior mayor. El tubo de vidrio del segmento CD es delgado y largo. Contiene una burbuja de vidrio muy densa. Muchos proyectiles pequeños (como perdigones de plomo) o mercurio, etc.

?El densímetro es una aplicación de las condiciones de flotación de los objetos. Su principio de medición de la densidad de los líquidos está diseñado y fabricado en base al principio de Arquímedes y las condiciones de los objetos que flotan en la superficie del líquido. Suponga que la masa del densímetro es my la densidad del líquido a medir es ρ. Cuando el densímetro flota sobre la superficie del líquido, se puede conocer a partir de las condiciones de los objetos que flotan sobre la superficie del líquido: la fuerza de flotación. del densímetro por el líquido es igual a la gravedad que experimenta, es decir

?F float = mg.

?Según el principio de Arquímedes, la fuerza de flotabilidad sobre el densímetro es igual a la gravedad del líquido que desplaza, y existe

?F flotabilidad = ρｇV desplazamiento,

De las dos fórmulas anteriores, podemos obtener ρｇV fila = mg,

Es decir, ρ = m/V fila.　　①

? Se puede ver en la ecuación ① que la densidad del líquido a medir es inversamente proporcional al volumen de líquido desplazado por el densímetro. Cuanto mayor es la densidad del líquido, menor es el volumen de líquido desplazado por el densímetro. Los líquidos con diferentes densidades tienen diferentes posiciones de nivel de líquido en la sección AB del tubo de vidrio del densímetro, como se muestra en la Figura 1. Si se calcula de acuerdo con la Ecuación ① y se marca previamente con marcas de escala y los valores correspondientes en el segmento AB del tubo de vidrio, será fácil medir la densidad del líquido desconocido.

¿Por qué el densímetro debería tener la forma que se muestra en la Figura 1 en lugar de una forma uniforme (como se muestra en la Figura 2)? A continuación analizamos la forma como se muestra en la Figura 1. Ventajas de los densímetros con forma. . La sección transversal de la sección AB es uniforme para facilitar el escalado (las líneas de escala se imprimen en papel durante la producción en masa y se fijan en el tubo de vidrio de la sección AB; la burbuja de vidrio de la sección DE del extremo inferior está llena de alta densidad); proyectiles de densidad para hacer que el centro de gravedad del densímetro se mueva hacia abajo; la burbuja de vidrio en la sección BC se hace más grande para hacer el "centro de flotabilidad" (el punto de acción de la flotabilidad, es decir, el centro geométrico de la parte del densímetro sumergida en el líquido debajo de la superficie del líquido) lo más cerca posible cuando el densímetro flota sobre la superficie del líquido. Mueva el tubo de vidrio en la sección CD para que sea delgado y largo. aumentar la distancia entre el centro de gravedad y el "centro de flotabilidad". De esta manera, cuando el densímetro flota sobre la superficie del líquido, bajo la acción de la gravedad y la flotabilidad, el densímetro puede dejar de oscilar rápidamente hacia la izquierda y hacia la derecha y permanecer en posición vertical en el líquido. Si se le da la forma que se muestra en la Figura 2, al medir un líquido con alta densidad, el "centro de flotabilidad" se moverá hacia abajo y estará cerca del centro de gravedad, y el densímetro se inclinará fácilmente sobre el líquido. superficie o incluso flotar de lado sobre la superficie del líquido. De esta manera, la densidad La lectura del medidor es inexacta o no se puede leer en absoluto.

? 2. ¿Por qué el espacio entre las líneas de escala del densímetro es desigual?

¿El espacio entre las líneas de escala del densímetro es desigual, lo que significa que la diferencia es el mismo valor (valores de calibración de densidad) no están igualmente espaciados. Ya sea un hidrómetro o un hidrómetro, las líneas de escala son escasas en la parte superior y densas en la parte inferior. Algunas personas piensan que la desigualdad de la escala del densímetro se debe a la desigualdad en la parte superior e inferior de su sección transversal. Esta afirmación es incorrecta. Para facilitar el estudio del problema, tomamos como ejemplo el densímetro de forma que se muestra en la Figura 2. Sea S el área de la sección transversal del tubo, la masa después de cargar el proyectil es m, y lo expresamos. en un líquido con densidad ρ (suponiendo que pueda mantenerse en posición vertical), la profundidad de inmersión debajo de la superficie del líquido es h, que se puede obtener de la ecuación ①

?ｈh＝ｍ/Ｓρ.　　②

　②La ecuación 2 muestra que la profundidad h es inversamente proporcional a la densidad del líquido ρ, y la imagen de la relación funcional se muestra en la Figura 3. Se puede ver en la Figura 3 que cuando la densidad ρ del líquido aumenta igualmente, la profundidad correspondiente h no disminuye igualmente, lo que indica que la escala del densímetro es desigual.

? Para el densímetro que se muestra en la Figura 1, las partes de sección transversal no uniformes están todas por debajo del nivel del líquido cuando se usa, y las secciones transversales de las partes graduadas son uniformes. La imagen de la Figura 3 todavía se aplica a la figura. Para el densímetro que se muestra en 1, la profundidad h no se calcula necesariamente desde el punto E. De hecho, se puede hacer que los densímetros que se muestran en las Figuras 1 y 2 tengan el mismo volumen. La sección AB en la Figura 1 tiene la misma área de sección transversal que la Figura 2. Después de cargar el proyectil, la masa de los dos también lo hará. ser el mismo. Coloque el mismo tipo de fase de volumen de las dos partes del líquido debajo de la superficie del líquido.

Si son iguales, las escalas de los dos densímetros son exactamente iguales. Se puede ver que la escala desigual del densímetro está determinada por la relación proporcional inversa entre h y ρ en la fórmula ②, y no tiene nada que ver con la forma del densímetro.

?3. Hidrómetro y medidor de gravedad específica

?Los densímetros utilizados en el laboratorio son el hidrómetro y el medidor de gravedad específica. ¿Por qué no hacer un densímetro que pueda medir la densidad? ¿Se puede medir un líquido más grande que el agua con una densidad menor que el agua?

¿Si desea hacer un densímetro de este tipo, para tener lecturas precisas, cuando la densidad del líquido a medir es pequeña? , luego, en la Figura 1, el segmento AB debe hacerse muy largo; cuando la densidad del líquido a medir es relativamente alta, el densímetro es propenso a inclinarse, lo que no logra el propósito de una medición precisa. En este caso, si el densímetro debe estar en posición vertical, la sección CD debe hacerse muy larga. Un densímetro de este tipo es relativamente largo en general y es muy incómodo de usar. Además, el recipiente que contiene el propio líquido tiene una cierta profundidad. , es difícil que los cilindros medidores ordinarios y los cilindros de líquido transparentes cumplan con los requisitos. Por tanto, existen dos tipos de densímetros utilizados en los laboratorios: hidrómetro y medidor de gravedad específica. La línea de escala 1,0 del hidrómetro está en la parte superior de la sección AB, y el valor de la escala aumenta a medida que desciende. La línea de escala 1,0 del medidor de peso específico está en la parte inferior del segmento AB, y el valor de la escala se vuelve más pequeño a medida que asciende.