Návod k obsluze Sada pro stanovení hustoty pevných látek a kapalin
Obsah 1 Úvod 5 2 Standardní vybavení 6 3 Příprava váhy ke stanovování hustoty 8 4 Princip stanovování hustoty 10 5 Stanovení hustoty pevných těles 5.1 5.2 5.3 Základní principy Stanovení hustoty pevných těles Zvýšení přesnosti výsledku 11 11 11 12 6 Stanovení hustoty kapalin 6.1 6.2 6.3 Základní principy Stanovení hustoty kapalin Zvýšení přesnosti výsledku 14 14 14 15 7 Doplňkové informace 7.1 7.2 7.3 Faktory ovlivňující výsledky Tabulka hodnot hustoty destilované vody Tabulka hodnot hustoty etanolu 16 16 17 17 Obsah 3
1 Úvod Děkujeme vám, že jste si pro svou váhu METTLER TOLEDO zakoupili sadu pro stanovování hustoty. Kombinací této sady s váhou můžete určovat hustotu pevných těles a kapalin. Tyto pokyny popisují postup práce se sadou pro stanovení hustoty. Postup práce s váhou najdete v návodu k obsluze dodaném s váhou. Poznámka: Váhy s nainstalovaným základním softwarem verze 1.30 a novější: Aplikace Hustota je k dispozici. Váhy s nainstalovaným základním softwarem verze starší než 1.30: Aplikace Hustota vyžaduje aktualizaci softwaru a TDNR. Obraťte se na oddělení služeb zákazníkům společnosti METTLER TOLEDO. Věnujte pozornost všem varováním uvedeným v návodu k obsluze váhy a postupujte podle nich. Úvod 5
2 Standardní vybavení Sada pro stanovení hustoty pevných těles obsahuje položky uvedené v následující tabulce. Nosič Rameno Univerzální košík pro neplovoucí a plovoucí pevná tělesa (30004211) Miska Šroub Skleněná kádinka o Ø 80 mm (11142289) Přesný teploměr s držákem (00238767) (volitelně kalibrovaná verze s certifikátem, 11132685) Smáčecí přípravek (0072409) Krycí vložka (kromě MS-DNY-54) Návod k obsluze na CD (11781524) Kompenzační závaží, podle sady 6 Standardní vybavení
Ke stanovování hustoty kapalin potřebujete kromě sady ještě také ponorné těleso o objemu 10 cm 3 (00210260). Kalibrované ponořované těleso s certifikátem (00210672) Nový kalibrační list (následně kalibrované ponorné těleso) (00210674) Standardní vybavení 7
3 Příprava váhy ke stanovování hustoty Instalace kompenzačního závaží Správné kompenzační závaží zvolte podle pokynů uvedených v kapitole "Standardní vybavení". Příslušné kompenzační závaží připevněte šroubem k ramenu. Pozor: Šroub je třeba dostatečně utáhnout, bylo závaží dobře zajištěno. a) Z nosiče misky odeberte vážicí misku a její držák (pokud je jím váha vybavena). b) V případě modelů, kde d = 1 mg: Vložte krycí vložku. c) Na nosič misky umístěte rameno s nainstalovaným kompenzačním závažím. a) Na krycí vložku položte nosič. b) Ramenem otočte tak, aby zapadlo do nosiče. Pozor: Rameno se za žádných okolností nesmí nosiče dotýkat. Na nosič položte vážicí misku. 8 Příprava váhy ke stanovování hustoty
a) Teploměr, který je součástí sady, zavěste na okraj kádinky. b) Kádinku položte na misku. Váha je nyní připravená k měření hustoty. Poznámka: Dojde-li během měření k vypnutí váhy (například při výpadku napájení), je třeba před opětovným spuštěním váhy nastavit sadu výše uvedeným způsobem. Příprava váhy ke stanovování hustoty 9
4 Princip stanovování hustoty Hustota je podíl hmotnosti m a objemu V. Jednotkou hustoty v mezinárodním systému jednotek je kg/m 3. Pro laboratorní účely se však lépe hodí jednotka g/cm 3. Hustota se často stanovuje pomocí Archimédova zákona. Jeho princip je také využit v sadě pro stanovování hustoty pro váhy. Podle tohoto zákona je těleso ponořené do kapaliny nadlehčováno silou, rovnající se tíze kapaliny stejného objemu jako je ponořená část tělesa. Postup stanovování hustoty podle Archimédova zákona závisí na tom, zda je stanovována hustota pevných těles nebo kapalin. 10 Princip stanovování hustoty
5 Stanovení hustoty pevných těles 5.1 Základní principy Hustota pevného tělesa se stanovuje pomocí kapaliny, jejíž hustota 0 je známá (jako pomocná kapalina se obvykle používá voda nebo etanol). Pevné těleso se nejprve zváží ve vzduchu (A) a pak v pomocné kapalině (B). Z těchto dvou vážení se vypočte hustota : Hustota: Objem: 5.2 Stanovení hustoty pevných těles = Hustota vzorku A = Hmotnost vzorku ve vzduchu B = Hmotnost vzorku v pomocné kapalině V = Objem vzorku = Hustota pomocné kapaliny = Hustota vzduchu (0,0012 g/cm 3 ) = Faktor korekce hmotnosti (0,99985), kterým se bere v úvahu vztlak vzduchu působící na justovací závaží Poznámka: Tyto pokyny vysvětlují způsob práce se sadou pro stanovení hustoty. Popisují postup manuálního stanovení hustoty. Informace o obsluze váhy naleznete v návodu k obsluze, který jste obdrželi spolu s váhou. Návod k obsluze obsahuje pokyny pro práci s aplikací stanovení hustoty, která je ve váze integrována (od verze softwaru váhy 1.30). Při stanovování hustoty pevných těles použijte univerzální košík pro neplovoucí a plovoucí pevná tělesa. Podle pokynů uvedených v části o přípravě váhy připravte váhu ke stanovování hustoty. a) Kádinku naplňte pomocnou kapalinou (kapalina o známé hustotě 0, obvykle se jedná o destilovanou vodu nebo etanol). Použijte dostatek kapaliny, aby mohlo být pevné těleso ponořeno alespoń 1 cm pod hladinu. b) Na rameno zavěste univerzální držák pevných těles (obrázek vlevo ukazuje univerzální košík připravený pro neplovoucí pevná tělesa). Přesvědčte se, že na ponořené části košíku nejsou žádné vzduchové bublinky (případné vzduchové bublinky odstraňte pohybem košíku nebo jemným štětcem). Vážení ve vzduchu: a) Zavřete dvířka krytu a váhu vytárujte. b) Na jednu ze dvou z vážicích misek ramene umístěte pevné těleso. c) Počkejte na ustálení zobrazení hmotnosti (indikátor ustalování zhasne). d) Poznamenejte si zobrazenou hmotnost A (hmotnost vzorku ve vzduchu). Stanovení hustoty pevných těles 11
Poznámka pro modely s rozlišením 0,01 mg a 0,1 mg: Pokud budete vážit pevná tělesa o hmotnosti větší než 20 g, umístěte je na misku nad košíkem (při překročení 20 g může při vážení na spodních miskách ramene docházet k chybám rohového zatížení). Vážení v kapalině: a) Pevné těleso odeberte z misky, zavřete dvířka krytu a váhu vytárujte. b) Pevné těleso vložte do košíku. Přesvědčte se, že na pevném tělese nejsou žádné vzduchové bublinky (případné vzduchové bublinky odstraňte jemným štětcem). c) Počkejte na ustálení váhy a poznamenejte si zobrazenou hmotnost B (hmotnost vzorku v pomocné kapalině). d) Podle výše uvedeného vzorce nyní vypočítejte hustotu pevného tělesa. Poznámka pro pevná tělesa s hustotou nižší než 1 g/cm 3 : Otočením připravte univerzální košík pro plovoucí pevná tělesa. Otočte jej tak, aby držel pevné těleso pod hladinou pomocné kapaliny. Je-li vztlak pevného tělesa větší než hmotnost košíku, je třeba košík zatížit na horní vážicí misku na rameni umístěte dodatečné závaží. V případě použití dodatečného závaží váhu vytárujte a znovu zahajte proces stanovování hustoty, nejprve zvažte pevné těleso ve vzduchu (A) a pak v pomocné kapalině (B). 5.3 Zvýšení přesnosti výsledku Následující tipy vám pomohou zvýšit přesnost výsledků při určování hustoty pevných těles. Teplota Pevná tělesa obecně nejsou příliš vnímavá vůči změnám teploty a proto případné změny teploty nemají na stanovenou hodnotu hustoty žádný dopad. Teplotu je však nutné zohledňovat, protože se hustota stanovuje v souladu s Archimédovým zákonem s využitím pomocné kapaliny. Teplota totiž výrazněji ovlivňuje hustotu kapalin a způsobuje změny hodnoty jejich hustoty v řádu 0,1 až 1 na 1 C. Tento vliv je patrný již na třetím desetinném místě výsledku. Chcete-li získat přesné výsledky, doporučujeme u každého stanovení hustoty vždy zohlednit také teplotu pomocné kapaliny. Příslušné hodnoty můžete převzít z knihy tabulek. Tabulky pro destilovanou vodu a etanol najdete v části 6. 12 Stanovení hustoty pevných těles
Povrchové napětí pomocné kapaliny Přilnavost pomocné kapaliny k závěsným lankům košíku způsobuje zdánlivé zvýšení hmotnosti až o 3 mg. Jelikož se košík ponořuje do pomocné kapaliny při obou váženích pevného tělesa (ve vzduchu a v pomocné kapalině) a před každým měřením je váha vytárována, může být tento vliv zdánlivého zvýšení hmotnosti zanedbán. Požadujete-li nejvyšší možnou přesnost, použijte několik kapek dodaného smáčecího přípravku. Stanovení hustoty pevných těles 13
6 Stanovení hustoty kapalin 6.1 Základní principy Hustota kapalin se stanovuje pomocí ponořovaného tělesa o známém objemu. Ponořované těleso se nejprve zváží ve vzduchu a pak v kapalině, jejíž hustota se určuje. Hustota se z těchto dvou vážení vypočítá následovně: Pomocí elektronické váhy lze určit hmotnost vytlačené kapaliny P (P = A - B), a tím i vztlak. Předchozí vzorec je pak možné zjednodušit na: Hustota: = Hustota kapaliny 6.2 Stanovení hustoty kapalin A = Hmotnost ponořovaného tělesa ve vzduchu B = Hmotnost vzorku v kapalině V = Objem ponořovaného tělesa = Hustota vzduchu (0,0012 g/cm 3 ) = Faktor korekce hmotnosti (0,99985), kterým se bere v úvahu vztlak vzduchu působící na justovací závaží P = Hmotnost vytlačené kapaliny (P = A - B) Poznámka: Tyto pokyny vysvětlují způsob práce se sadou pro stanovení hustoty. Popisují postup manuálního stanovení hustoty. Informace o obsluze váhy naleznete v návodu k obsluze, který jste obdrželi spolu s váhou. Návod k obsluze obsahuje pokyny pro práci s aplikací stanovení hustoty, která je ve váze integrována (od verze softwaru váhy 1.30). Při stanovování hustoty kapalin používejte doplňkové ponořované těleso. Vážení ponořovaného tělesa ve vzduchu: Podle pokynů uvedených v části o přípravě váhy připravte váhu ke stanovování hustoty. a) Ponořované těleso zavěste na rameno a přesvědčte se, že se nedotýká ani kádinky, ani teploměru. b) Váhu vytárujte. 14 Stanovení hustoty kapalin
Vážení ponořovaného tělesa v kapalině: a) Do kádinky nalijte kapalinu, jejíž hustotu chcete stanovit (přibližně až 1 cm nad závěsné oko pro ponořované těleso). Přesvědčte se, že na ponořeném tělese nejsou žádné vzduchové bublinky (případné vzduchové bublinky odstraňte jemným štětcem). b) Počkejte na ustálení zobrazení hmotnosti na váze (indikátor ustalování zhasne) a poznamenejte si zobrazenou hodnotu P (hmotnost vytlačené kapaliny). c) Podle výše uvedeného vzorce nyní vypočítejte hustotu kapaliny (při teplotě odečtené na teploměru). 6.3 Zvýšení přesnosti výsledku Následující tipy vám pomohou při zvyšování přesnosti výsledků stanovení hustoty kapalin. Přípustná objemová odchylka ponořovaného tělesa Doplňkové ponořované těleso (objednací číslo 210260) doporučené pro stanovování hustoty kapalin vyhovuje požadavkům německých předpisů pro míry a váhy (EO 13-4, odstr. 9.21). Objem ponořovaného tělesa (objednací číslo 210260) včetně dolní poloviny závěsného lanka je nakolik přesný, že maximální chyba při stanovování hustoty vody o teplotě 20 C činí ±0,0005 g/cm 3. Stanovení hustoty kapalin 15
7 Doplňkové informace Tato kapitola obsahuje informace o faktorech, které mohou negativně ovlivnit přesnost výsledků měření. V této kapitole najdete také tabulky hustoty destilované vody a etanolu. 7.1 Faktory ovlivňující výsledky Výsledky měření mohou kromě teploty, vztlaku vzduchu a povrchového napětí kapaliny ovlivnit tyto faktory: Hloubka ponoření košíku nebo ponořovaného tělesa Vzduchové bublinky Poréznost pevného tělesa Hloubka ponoření košíku nebo ponořovaného tělesa Ponořované těleso pro stanovování hustoty kapalin se zavěšuje na platinové lanko o průměru 0,2 mm. Ve vodě na toto lanko působí vztlak přibližně 0,3 mg na 10 mm hloubky ponoření. Příklad: Je-li hladina kapaliny 10 mm nad závěsným okem ponořeného tělesa, je ponořeno přibližně 40 mm lanka. Při hustotách kolem 1 to vede ke vztlaku 1,2 mg. Díky dělení vztlaku 10 cm 3 (což je objem ponořeného tělesa) je chyba ve výsledku zanedbatelně malá a není třeba ji opravovat. Ponořovaná část košíku pro stanovování hustoty pevných těles se skládá ze dvou lanek, přičemž každé má průměr 0,6 mm. Při hustotě kapaliny rovné 1 to vede ke vztlaku přibližně 0,4 mg na jeden milimetr hloubky ponoření. Při vážení pevného tělesa ve vzduchu zůstává hloubka ponoření košíku stejná. Vztlaková síla působící na košík je tak konstantní a lze ji proto zanedbat. Je však důležité zajistit, aby se mezi váženími neměnila hladina kapaliny (změna hladiny kapaliny způsobená ponořením pevného tělesa je zpravidla nevýznamná). Vzduchové bublinky V případě hůře smáčivých kapalin (například vody bez smáčecího přípravku) mohou na ponořených částech (pevné těleso, ponořované těleso, košík) zůstat vzduchové bublinky, jejichž vztlak ovlivní výsledek měření. Bublinka o průměru 1 mm způsobí vztlak 0,5 mg a bublinka o průměru 2 mm pak způsobí vysoký vztlak 4 mg. Chcete-li zabránit vzniku bublinek, doporučujeme učinit tato preventivní opatření: Použijte běžný smáčecí přípravek dodaný jako součást sady nebo organické kapaliny (změnu hustoty destilované vody v důsledku přidání smáčecího přípravku lze zanedbat). Pevná tělesa odolná proti rozpouštědlům odmastěte. Pravidelně čistěte košík a ponořované těleso a nikdy se rukou nedotýkejte částí, které se ponořují. Košíkem a ponořovaným tělesem při prvním ponoření jemně zatřeste, aby se odstranily případné vzduchové bublinky. Pevně ulpívající vzduchové bublinky odstraňte jemným štětcem. Použijte běžný smáčecí přípravek dodaný jako součást sady nebo organické kapaliny (změnu hustoty destilované vody v důsledku přidání smáčecího přípravku lze zanedbat). Poréznost pevného tělesa Z pórů pevných těles ponořených do kapaliny se obvykle nevytlačí všechen vzduch. To vede k chybám hodnot vztlaku, a proto lze hustotu porézních pevných těles určit pouze přibližně. 16 Doplňkové informace
7.2 Tabulka hodnot hustoty destilované vody Tabulka hodnot hustoty destilované vody 7.3 Tabulka hodnot hustoty etanolu Tabulka hodnot hustoty etanolu Hustota C2H5OH podle příručky "American Institute of Physics Handbook". Doplňkové informace 17
www.mt.com Pro více informací Mettler-Toledo AG, Laboratory & Weighing Technologies CH-8606 Greifensee, Switzerland Tel. +41 (0)44 944 22 11 Fax +41 (0)44 944 30 60 Internet: www.mt.com Technické změny vyhrazeny. Mettler-Toledo AG 06/2010 11781524 Czech *11781524*