Метод і експериментальна установка

Щільністю ρ називається маса речовини, що знаходить­ся в одиниці об'єму: , де М - маса речовини; V — об'єм речовини.

На практиці часто користуються величиною відносної щільності, рівної відношенню щільності продукту при тем­пературі виміру до щільності води при температурі 4 °С і нормальному атмосферному тиску. Оскільки щільність води при 4 °С дорівнює 1 г/см³, то відносна щільність продук­ту чисельно дорівнює його щільності і позначається ρ^t₄ (t -температура, при якій визначається щільність).

Отже, щільність залежить від температури. Тому, щоб одержати порівнювані величини, щільність, виміряну при якій-небудь температурі, приводять до щільності при 20 °С за формулою: , де ρ^t₄ – щільність продукту при температурі виміру; γ – температурна поправка до щільності; t – температура про­дукту в момент визначення щільності.

Температурна поправка наведена в таблицях, або може бути визначена за формулою (для ρ^t₄ < 1 ): .

Щільність продуктів залежить також від тиску: із збільшенням тиску вона зростає. Так, при збільшенні тиску до 100 кг/см² щільність зростає в середньому на 2–3%.

Проведення дослідів. Для визначення щільності існує декілька методів. Один із них ареометричний.

Ареометр являє собою скляну циліндричну посудину, у середину якої вмонтований баластовий вантаж, шкала для відліку щільності і термометр для виміру температури продукту.

Форма ареометра симетрична щодо його вертикальної вісі. Кожний ареометр розрахований на вимір щільності у вузькому діапазоні значень. Отже, для виміру щільностей різноманітних продуктів необхідно мати набір ареометрів із межами вимірювання 0,69–1,30 г/см³. Вимірювальний циліндр об'ємом 250-300 мл і діаметром 8 см встановлюють на міцну підставку і заливають у нього випробуваний продукт.

Обережно опускають у продукт чистий і сухий ареометр, тримаючи його за верхню ніжку. Після занурення очікують, поки він не займе по­ложення рівноваги. Потім відраховують значення щільності (ρ^t₄) при температурі виміру за верхньою шкалою ареометра і температуру по термометру, вмонтованому в ареометр. Знаючи щільність продукту при температурі виміру (ρ^t₄) визначають значення щільності при температурі 20 °С за формулою: .

Ареометром рекомендується вимірювати щільність продуктів в'язкістю не вище 200 сСт при 50 °С. Більш в'язкі продукти необхідно розбавляти рівним об'ємом розчинника.

Отриману суміш перемішують доти, поки вона не стане цілком однорідною і не буде осаджуватись. Після цього суміш переливають у вимірювальний циліндр для виміру щільності. Знаючи щільність суміші ρ і густи­ну речовини ρ ₂, якою розведений в'язкий продукт, легко визначити щільність продукту ρ₁: ρ₁ = 2ρ-ρ₂ .

Установка для визначення щільності біологічної рідини зображена на рис.1.2. Термометр 4, закріплений у штативі 1, опущений у біологічну рідину, що знаходиться в мірній пробірці 3.

Спочатку вимірюють об'єм v₀ біологічної рідини по рисках мірної пробірки при початковій кімнатній температурі t₀ . Температура біологічної рідини вимірюється термомет­ром 4.

За допомогою ареометра вимірюємо щільність ρ₀ біологічної рідини при початковій температурі Т₀.

Потім поміщають пробірку з біологічною рідиною в нагрівач 2 і вмикають його. Йде процес нагрівання ріди­ни. При підвищенні рівня біологічної рідини в мірній пробірці на одну риску знімаємо показники термометра. Отримані значення об'єму біологічної рідини V(T) і відповідні їм показники термометра Т записуємо в табл.1.1.

Щільність ₀ біологічної рідини при початковій температурі Т₀ визначають як , де М – маса рідини, V₀ – об'єм рідини при початковій тем­пературі Т_о. Тоді щільність біологічної рідини  (T) при довільній температурі T дорівнює:

,

де V(T) – об'єм біологічної рідини при температурі Т.

Абсолютна зміна об'єму ΔV рідини і її щільності Δρ :

; .

Відносні зміни об'єму рідини ( ) і її щільності

; .

Порядок і рекомендації щодо виконання роботи, оформлення й обробка результатів експерименту

Визначення щільності біологічних рідин

1. Наповнити дистильованою водою мензурку і за до­помогою ареометра визначити щільність ρ₀ дистильованої води при кімнатній температурі Т_о .

2. Ті самі виміри повторити для інших біологічних рідин, вказаних викладачем, і знайти їх щільності при початковій температурі Т_о .

3. Наповнити досліджуваною біологічною рідиною мірну пробірку 3 і помістити її в нагрівач. За допомогою термометра 4 вимірюємо температуру біологічної рідини Т_о у мірній пробірці. Визначити об'єм V₀ рідини по кількості рисок мірної пробірки, що відповідають рівню рідини в пробірці.

4. Увімкнути нагрівач і виміряти об'єми V_і(Т_і) і відповідні їм температури Т_і. біологічної рідини в пробірці (і-номер досліду).

5. Побудувати графіки залежності V_i=f (T_i) і (ΔV_i/V₀)=f(T_i), де ΔV_i=(V_i(T_i)-V_o).

6. Розрахувати щільність рідини ρ(T_i) при різних температурах T_i за формулою ρ_i=ρ_oV₀/V_i(T_i) і зміну щільності Δρ_i = (ρ_i – ρ₀). Побудувати графіки залежностей ρ_i = f(T_i) і (Δρ_i/ρ_o) = f(T_i).

7. Дані дослідів занести в табл. 1.1.

8. Повторити виміри і розрахунки п. 3-7 для інших типів біологічних рідин, зазначених викладачем.

Таблиця 1.1

Номер досліду	V0	ρ0	T0	Vi	ρi	Ti	ΔVi	Δρ i	(ΔVi//V0)	(Δρi/ρ0)