Гидростатическое взвешивание на лабораторных весах

Гидростатическое взвешивание - это определение плотности взвешиваемого образца путем измерения его массы в воздухе и жидкости с известной плотностью

Плотность тела определяется как отношение массы тела (однородного или неоднородного) к его объёму. P=m/V.
При помощи специального комплекта, плотность тела постоянного объёма измеряется относительно известной плотности вещества (например, воды при определённой температуре. При температуре воды 20° её плотность будет равна 998,2 кг/м3.)
Если мы приравняем объём одного и того же тела при взвешивании в воде и в воздухе, то получим формулу: V=m/P, соответственно для одного и того же объёма m1/P1=m2/P2, где m1 – масса тела (образца), m2 – масса воды в объёме образца, P1 – плотность образца, P2 – плотность воды. Отсюда можем выразить искомую плотность образца:

P1=(m1*P2)/m2

Массу образца в воздухе (m1) мы измеряем на весах. Массу воды в объёме образца мы по закону Архимеда вычисляем через выталкивающую силу, действующую на образец, полностью погруженный в воду. Соответственно, m2=m1-m3, где m3 – “масса” образца в воде, измеряемая при помощи комплекта для измерения плотности. Плотность воды при 20°С подставляем в формулу как P2. В итоге получаем искомую плотность образца:

P1 = (m1*P2) / (m1-m3), где m1 и m3 соответственно массы образца в воздухе и в воде, которые мы измеряем при помощи комплекта для измерения плотности.

Всё вышеописанное относится к твёрдым образцам.

Для того, чтобы измерить плотность ОДНОРОДНОЙ жидкости, мы в ту же формулу подставляем известную плотность твёрдого образца (например, стеклянного, входит в некоторые комплекты), и находим плотность жидкости относительно плотности воды.
Итак, сначала вышеописанным методом находим плотность тестового образца из комплекта. Потом измеряем его массу в воздухе (m1) и в жидкости, плотность которой хотим определить (m2).

Pжидк = (m1-m2)*P1/m1, где P1 – найденная ранее плотность тестового образца, m1 и m2 соответственно массы тестового образца в воздухе и в испытываемой жидкости.

СУСПЕНЗИЯ же однородной жидкостью НЕ ЯВЛЯЕТСЯ, следовательно, её плотность в разных её точках РАЗЛИЧНА. Поэтому её СРЕДНЮЮ плотность можно измерить только зная её точный объём, по формуле P=m/V, определив массу путём взвешивания на весах известного объёма.

Проблем со взвешиванием в воздухе никаких нет - просто кладем груз на весовую платформу и смотрим результат. Но как взвесить образец в жидкости?
Это может быть реализовано несколькими способами:

1. Крюк под весами
У некоторых моделей лабораторных весов (чаще всего недорогих, на тензодатчике) снизу в корпусе есть отверстие, в котором можно зацепить крюк за конструктивную часть измерительного элемента. Обычно, при такой конструкции, производители ничего кроме этого отверстия (или, максимум, петельки-крюка) не предлагают. Подразумевается, что пользователь должен самостоятельно изобрести некий столик с отверстием под весами, через которое будет подвешена специальная платформочка, помещенная в жидкость, на которую кладется взвешиваемый образец. Как на изображениях ниже:
                       


2. Специальный комплект для гидростатического взвешивания, устанавливаемый на платформу сверху (или взамен ее)
Такой комплект опционально можно заказать к некоторым моделям лабораторных и аналитических весов. Обычно размеры комплекта не больше диаметра весовой платформы, так что такой тип сильно ограничивает размеры взвешиваемого образца. Стоимость комплектов варьируется от нескольких тысяч до десятков тысяч рублей, в зависимости от производителя весов и комплекта входящих в него инструментов.
                 


3. Специальный комплект для гидростатического взвешивания, устанавливаемый сверху на весовую платформу. При этом взвешивание в жидкости происходит под весами
Чаша под весами крепится к коромыслу, расположенному на весовой платформе сверху. Теоретически такой комплект позволяет производить гидростатическое взвешивание на любых лабораторных весах. Подойдет для работы с большими образцами.