Физические свойства материалов. Расчет и методы определения плотности твердых материалов (90

УДК 620.22(07)

Т 191

Рецензент: кандидат химических наук, доцент – С.Н. Салтыков

Тарасова, Н.В.

Т 191 Физические свойства материалов. Расчет и методы определения

плотности твердых материалов [Текст] / сост.: Н.В. Тарасова. – Липецк: Изд-во ЛГТУ, 2012. – 24 с.

Методические указания предназначены для студентов направления подготовки «Сервис». Содержат краткие теоретические сведения о методах определения плотности твердых материалов и принципах расчета плотности поликристаллических материалов, а также порядок выполнения лабораторной работы и индивидуального практического задания.

Табл. 4. Рис. 2. Библиогр.: 5 назв.

©ФГБОУ ВПО «Липецкий государственный технический университет», 2012

Лабораторная работа ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПЛОТНОСТИ ТВЕРДЫХ МАТЕРИАЛОВ

Нормативные ссылки

ГОСТ 8433-81. Вещества вспомогательные ОП-7, ЩП-10. Технические условия.

ГОСТ 12730.1-78. Бетоны. Метод определения плотности.

ГОСТ 15139-69. Пластмассы. Метод определения плотности.

ГОСТ 18898-89 (ИСО 2738-87). Изделия порошковые. Метод определения плотности, содержания масла и пористости.

ГОСТ 20018-74 (ИСО 3369-75). Сплавы твердые спеченные. Метод определения плотности.

ГОСТ 24100-80. Сырье для производства песка, гравия и щебня из гравия для строительных работ. Технические требования и методы испытания.

ГОСТ 26798.1-85. Цементы тампонажные. Методы испытаний.

ГОСТ 27015-86. Бумага и картон. Метод определения толщины, плотности и удельного объема.

Теоретическая часть

Плотность – мера количества вещества (массы) в единице объема:

ρ = т/V, кг/м3.

Объемная плотность (Ve, кг/м3) – величина, определяемая отношением массы неоднородного вещества ко всему занимаемому им объему, включая имеющиеся в нем поры и пустоты:

ρоб = m/Ve.

Знание плотности материалов, а также других параметров,

характеризующих взаимосвязь между массой и объемом, необходимо в промышленности, сельском хозяйстве, торговле для технико-экономического регулирования процессов, а также при проведении разнообразных экспертных

инаучно-исследовательских работ, например:

–при измерении количества, дозировании, учете расхода материалов и готовой продукции;

–для расчета грузоподъемности выемочно-погрузочного и погрузочно-

доставочного оборудования;

– для определения прочности конструкций и для других жизненно важных инженерных и экономических задач.

Численные значения плотности практически всех материалов и веществ,

использующихся в экономике страны, в том числе горных пород, содержатся в Государственной системе стандартных справочных данных. Эти значения являются обязательными показателями, устанавливаемыми в паспортах на материалы, технических условиях и государственных стандартах качества продукции. Методы определения плотности материалов с учетом их физико-

химических особенностей установлены в государственных стандартах.

Цель лабораторной работы – изучить стандартные методы определения плотности твердых материалов гидростатическим взвешиванием,

пикнометрированием и с помощью денситометра.

1. Метод гидростатического взвешивания

Для определения плотности методом гидростатического взвешивания применяют:

–весы с разновесами, имеющие погрешность не более 0,001 г;

–устройства для взвешивания в воде, состоящие из сосуда с жидкостью и проволоки или корзинки для погружения образца в жидкость.

Проволока для подвешивания образца к коромыслу весов из-

готавливается из некорродирующего материала диаметром не более 0,25 мм.

Корзинку, как правило, изготавливают из такой же проволоки. В качестве жидкости для взвешивания применяют дистиллированную или деионизированную и предпочтительно дегазированную воду, к которой добавляют одну или две капли специального вещества для улучшения смачиваемости. Допускается применение вместо воды других жидкостей (ГОСТ

8433-81), если их плотность в установленном для испытания интервале температур известна до четвертого знака после запятой.

Для испытаний применяют образцы объемом не менее 0,5 см3. Если объем одного образца менее 0,5 см3, то для определения плотности отбирают несколько таких образцов суммарным объемом не менее 0,5 см3, при этом объем каждого из образцов должен быть не менее 0,05 см3.

Для определения плотности методом гидростатического взвешивания образец взвешивают в воздухе и в воде, при этом погрешность должна быть не более 0,001 г. Для взвешивания в воде образец укрепляют на нити, проволоке или помещают в корзинку, затем погружают его в сосуд с водой таким образом,

чтобы он был полностью покрыт водой. Глубина погружения должна быть не менее 10 мм от верха образца. На образце (нити, проволоке, корзинке) не должно быть пузырьков воздуха.

При выполнении опытов необходимо:

1) перед каждым взвешиванием проверять установку на нуль весов,

когда нить (проволока, корзинка) для подвески образцов погружена в воду;

2) предварительно погружать образец (проволоку, корзинку) в воду для удаления пузырьков воздуха.

Плотность материала по результатам гидростатического взвешивания рассчитывают по формуле

где Р1 – вес образца в воздухе, Н;

Р2 – вес образца в жидкости, Н;

ρж – плотность жидкости, кг/м3;

рв – плотность воздуха, кг/м3.

2. Метод пикнометрирования

Для определения плотности пикнометрированием применяют:

–электронные весы с погрешностью не более 0,001 г;

–пикнометр;

–дистиллированную воду или другую жидкость с известной плотностью.

Наиболее широко применяются пикнометры в виде колбы с меткой на горловине. Метка служит для контроля уровня жидкости.

Масса образца должна составлять 20÷40 г.

Для определения плотности пикнометрическим методом образец взвешивают на воздухе с погрешностью не более 0,001 г. Пикнометр наполняют водой до метки и взвешивают его с водой с указанной выше погрешностью. Затем, освободив пикнометр от воды, помещают в него взвешенный образец и снова наполняют водой до метки. Легким потряхиванием пикнометра удаляют из него пузырьки воздуха. На образце не должно быть пузырьков воздуха. Взвешивают пикнометр с водой и погружен-

ным в нее образцом с погрешностью не более 0,001 г.

Плотность материала по результатам взвешивания рассчитывают по

формуле

где Р1 – вес образца в воздухе, Н;

Р2 – вес пикнометра с жидкостью, Н;

Р3 – вес пикнометра с жидкостью и погруженным в нее образцом, Н;

ρж – плотность жидкости, кг/м3;

рв – плотность воздуха, кг/м3.

3. Метод денситометра

Для определения плотности твердых материалов в диапазоне от 1000 до

7500 кг/м3 применяют денситометры. Денситометр – это циферблатные весы,

шкалы которых проградуированы в единицах плотности (г/см3). Денситометр имеет коромысло, стрелку и подвески.

Для определения плотности материала образец подвешивают на правое плечо коромысла. С помощью разновесов уравновешивают стрелку коромысла на отметке «И» на шкале денситометра. Затем подводят снизу под образец

сосуд с дистиллированной водой и, удерживая с помощью подставки образец полностью погруженным в воду, отмечают величину плотности, указываемую стрелкой на используемой шкале денситометра.

Измерения повторяют не менее трех раз и по их результатам определяют среднее арифметическое значение плотности.

Порядок выполнения работы

1.Определить плотность твердых материалов по указанию преподавателя в соответствии с приведенными выше методами.

2.Определить плотность дистиллированной воды и воздуха в соответствии с данными таблиц 1 и 2, измерив их температуру с погрешностью до 1 °С.

Таблица 1

Значения плотности сухого воздуха, кг/м3, в зависимости от давления (Р) и температуры (t)

Таблица 2

Значения плотности (ρ) воды в зависимости от температуры (t)