§ 112. Принцип дії аналітичних терезів

Аналітичні терези є чутливим вимірювальним приладом для визначення маси речовин з точністю до 0,0001 г. Така точність у більшості випадків цілком достатня для проведення звичайного кількісного аналізу. При засто­суванні мікро- і ультрамікроаналізу треба зважувати ще менші кількості речовин (порядку 0,01—0,001 мг); для цього використовують терези спе­ціальної конструкції.

Звичайні аналітичні терези за принципом дії є рівноплечим важелем пер­шого виду. Головна частина терезів — коромисло (рис. 27) — має точку опори в центрі. По обидва боки від точки опори на однаковій відстані зна­ходяться точки прикладання сил, що діють на кінці коромисла; цими силами

є маса шальок разом з масою важків і зважуваних предметів. Коромисло терезів разом з шальками перебуває до зважування в стані рівноваги. Про­цес зважування полягає в тому, що на одну шальку терезів кладуть зважу­ваний предмет, внаслідок чого стан рівноваги порушується; на другу шальку кладуть важки — гирки з точно відомою масою — доти, поки поновиться

,1. " І "|

F F

Рис. 27. Схема дії терезів.

Рис. 28. Важки.

попередній стан рівноваги і коромисло терезів займе своє початкове гори­зонтальне положення. За правилом моментів сил можна написати

/Уі = /Уї, 0)

де F_x і F₂ — сили, що діють на кінці коромисла; І_х і /₂ — довжина плечей коромисла. Коромисло аналітичних терезів є рівноплечим важелем першого виду, тобто довжина обох плечей коромисла однакова: /_х = /₂.

Звідси випливає, що сили, які діють на плечі коромисла, також однако­ві: F_x == F₂.

У кількісному аналізі нас звичайно цікавить маса взятої для аналізу речовини і маса продукту реакції. Зв'язок між силою і масою виражає другий закон Ньютона:

F = щ, (2)

де т — маса тіла; q — прискорення сили земного тяжіння.

Величина прискорення для кожної точки земної поверхні стала. Тому з рівності сил F_x і F₂ можна зробити висновок, що маса важків дорівнює масі зважуваного предмета: т^ — т₂.

Слід мати иа увазі, що аналітичні терези призначені для порівнювання маси зважуваних предметів з відомою нам масою важків; отже, зважуванням ми визначаємо масу тіл /я, а не їх вагу F. Вага тіл F, і F₂ відповідно до рів­няння (2) змінюється залежно від величини прискорення д; але, незважаючи на це, коромисло зрівноважених аналітичних терезів не змінить свого поло-

356

ження при перенесенні терезів з одного місця земної поверхні в інше, тому що маса тіл залишається при цьому сталою.

Важки — це набір гирок з точно відомою масою. Загальний вигляд важ­ків з ящиком показано на рис. 28. Важки масою від 1 до 100 г виготовляють звичайно з латуні; меншої маси — від 500 до 10 мг — найчастіше з алюмі­нію. У кожному наборі є важки на 10, 20, 50, 100, 500 мг і 1, 2, 5, 10, 20, 50 і 100 г. Важків на 20 і 200 мг або 10 і 100, а також 2 і 20 г або 1 і 10 г є в кожному наборі по 2 шт.

§ 113. Правила користування аналітичними терезами і зважування на них

Аналітичні терези є точним вимірним приладом. При необережному поводженні їх легко зіпсувати. Тому при зважуванні на терезах треба бути дуже уважним і додержувати певних правил. Нижче перелічені основні пра­вила поводження з аналітичними терезами.

1. Аналітичні терези найкраще встановити в окремій ваговій кімнаті, вікна якої виходять на північ. Це потрібно для того, щоб запобігти помилкам при зважуванні, які можуть виникнути внаслідок неоднакового нагрівання різних частин коромисла та інших металевих деталей прямим сонячним промінням.

2. У ваговій кімнаті не можна курити, зберігати кислоти або провадити будь-які хімічні операції, пов'язані з виділенням газів.

3. Аналітичні терези треба встановлювати на мармурову дошку, покла­дену на кронштейни, які вмуровані в капітальну цегляну стіну.

4. Аретир аналітичних терезів після зважування обов'язково треба під­німати, щоб запобігти передчасному спрацюванню ребер призм.

5. Важки і зважувані предмети можна класти на шальки терезів і зні­мати з них тільки при піднятому аретирі. Важки кладуть ближче до центра шальки, щоб уникнути перекосу останньої і пов'язаної з цим помилки зва­жування.

6. Під час зважування і визначення положення стрілки на шкалі треба опустити передню стінку ящика терезів і закрити бічні дверці. Це дає змогу уникнути помилки зважування від. руху повітря у ваговій кімнаті.

7. Важки не можна братії руками. Класти на шальку і знімати їх треба пінцетом, який є в ящику.

8. На аналітичних терезах не можна зважувати гарячі предмети. Гарячі тиглі або чашки треба спочатку охолодити в ексикаторі до кімнатної темпе­ратури.

9. Сипкі речовини можна зважувати тільки на годинниковому склі; за­бороняється зважувати такі речовини безпосередньо на шальках терезів або на папері.

10. Студентам не слід самим братися лагодити несправні аналітичні те­ рези, а треба звертатися до лаборанта або викладача.

Існує багато різних конструкцій аналітичних терезів, але тепер найчас- -тіше використовують демпферні аналітичні терези (скорочено АДТ), які

357

випускає наша промисловість. Загальний вигляд цих терезів показано на рис. 29.

Демпферні терези характеризуються такими особливостями. 1. Накладання дрібних важків (від 0,5 г і нижче) у демпферних терезах автоматизоване. Дрібні важки мають форму кілець і навішені на кілька

важелів, які містяться у правій верхній частині ящика терезів. Ці важелі з'єднані передачею з дис­ковою рукояткою, що міс­титься зовні ящика вгорі справа. На сережці правої шальки терезів закріплена горизонтальна планка, при­значена для навішування кільцевих важків. Пово­ротом зовнішнього кільця дискової рукоятки можна помістити на планку по­трібну кількість важків ма­сою від 100 до 500 мг; внут­рішнє кільце рукоятки при­значене для накладання важків масою від 10 до 50 мг. Масу навішених на планку важків прочитують проти покажчика дискової рукоятки.

Рис. 29. Терези АДТ-200.

2. Терези АДТ мають повітряні заспокоювачі — демпфери, що припиняють коливання коромисла із стрілкою відразу після опускання аретира. На центральній колонці терезів нерухомо закріплені два закритих знизу і відкритих зверху порожнистих циліндри. У ці ци­ліндри вміщено два інші порожнисті циліндри трохи меншого діаметра без дна, які підвішені до кінців коромисла. При опусканні аретира створю­ється повітряне гальмування руху внутрішніх циліндрів і коромисла, внаслідок чого коливання швидко затухають і стрілка стає нерухомою.

3. Демпфери забезпечують швидке затухання коливань коромисла, що дає змогу визначати масу предметів з точністю до міліграма і десятих частин міліграма безпосередньо за величиною кута відхилення стрілки від верти­кального положення. На нижньому кінці стрілки закріплена мікрошкала, калібрована безпосередньо в міліграмах. Відхилення стрілки разом з шка­лою спостерігають за допомогою вейтографа — оптичного пристрою із світловим екраном, на якому видно збільшене зображення мікрошкали. У задній стінці ящика терезів є лампочка, яка освітлює екран. її засвічують за допомогою трансформатора при повертанні рукоятки аретира. Після

358

опускання аретира можна відразу визначити по мікрошкалі третій і четвер­тин <наки.

Основна перевага терезів АДТ-200 — швидкість зважування. Ці терези не поступаються за чутливістю перед звичайними аналітичними терезами. Автоматичні терези застосовуються в лабораторіях, де провадяться масові аналізи і де швидкість зважування має першорядне значення.