Densitatea reala - caracteristici structurale i

Caracteristici structurale I

Densitatea (reala) a unui material se defineste prin valoarea raportului intre masa si volumul sau real (lipsit de pori).

Densitatea se calculeaza cu relatia:

r = kg/m³

in care: m = masa probei, in kg

V = volumul format din particulele constituente, in m³

Pentru calculul densitatii se va determina masa probei (prin cantarire) si volumul format din particulele constituente prin metode specifice functie de starea fizica (lichida sau solida) si a posibilitatii de confectionare a epruvetelor.

Densitatea materialelor solide lipsite de pori

Metoda prin masuratori directe

Metoda se aplica in cazul cand se dispune de corpuri de proba (epruvete) cu forma geometrica regulata (cub, cilindru, prisma) fara stirbituri la muchii.

Aparatura si materiale: balanta tehnica de capacitate mai mare decat cea probabila a probei, subler, proba fasonata.

Efectuarea masuratorilor

Pentru a lua in consideratie abaterile inevitabile de la forma geometrica ideala, dimensiunile cu care se va calcula volumul probei vor reprezenta medii aritmetice ale dimensiunilor reale.

Fig.5.1. Modul de masurare a dimensiunilor epruvetelor

(a- cubice; b- cilindrice)

- la epruvetele cubice sau prismatice (fig.5.1.a.) se masoara (in sensul acelor de ceasornic) toate muchiile, la o distanta de 5 mm de margine, a_i , b_i si c_i ( i = 14);

- la epruvetele cilindrice (fig.5.1.b) se masoara doua diametre perpendiculare la 5 mm de suprafata bazelor si mijlocul epruvetei d_i (i = 16) si patru inaltimi pe directia generatoarelor corespunzatoare diametrelor masurate h_i ( i = 14).

Inregistrarea si interpretarea rezultatelor.

Lungimile se masoara cu o precizie de 0,1 mm si se trec in tabelul 1.

Masa probei se masoara cu o precizie de 0,1 g si se trece in tabelul 1.

Tabelul 1

Se calculeaza mediile aritmetrice ale dimensiunilor, volumul epruvetei si densitatea (cu o precizie de trei cifre semnificative).

Densitatea materialelor solide poroase

Materialele solide prezinta in structura lor pori si goluri, astfel incat pentru determinarea volumului real este necesar sa li se distruga structura, transformandu-le intr-o pulbere fina, astfel incat sa putem considera ca particulele prafoase rezultate nu mai pot contine pori inchisi. Pentru aceasta, materialul supus determinarii se sfarima in piulita de otel, apoi se mojareaza si se trece prin sita cu ochiuri de 0,2 mm. Pulberea rezultata se usuca la masa constanta.

Volumul real al pulberii se determina prin introducerea acesteia intr-un lichid ce nu reactioneaza chimic cu materialul de incercat si determinarea volumului de lichid dislocuit

Fig.5.2. Picnometre (vase cotate)

Aparatura si materiale: mojar, sita nr.0125, balanta analitica (sau tehnica), picnometru (vas cotat), biureta, apa distilata, proba de material

Efectuarea masuratorilor.

Se pot aplica doua metode de determinare a densitatii:

1.Metoda biuretei;

2.Metoda picnometrului.

1.Metoda biuretei este expeditiva dar aproximativa si presupune urmatoarea succesiune de operatii:

-se cantareste (m₁) un balon cotat cu volumul (V_b) ;

-se introduce in balon o cantitate de (1030) g de pulbere si se recantareste balonul (m₂);

-se umple biureta cu lichidul de referinta;

-se aseaza balonul sub biureta si se deschide robinetul acesteia pentru a permite lichidului sa picure in balonul cotat;

-in timpul acestei operatiuni trebuie in permanenta agitat lichidul din balon pentru eliminarea aerului;

-cand nivelul lichidului ajunge la marca balonului, biureta se inchide petru a permite citirea volumului de lichid scurs (V₁).

Densitatea se calculeaza cu relatia:

Metoda picnometrului sau metoda masuratorilor de mase este mult mai precisa si

consta in:

- se cantareste picnometrul gol si uscat (m₁) ;

-se umple picnometrul cu lichid de referinta, i se pune dopul, se sterge la exterior de lichidul deversat prin capilara si se recantareste (m₂)

m_l m₂-m₁ reprezinta masa lichidului care incape in picnometrul gol.

-se goleste picnometrul si se usuca;

- se introduce in picnometru o cantitate de( 1030 )g pulbere uscata la masa constanta si se recantareste picnometrul cu material m₃ ;

M_m m₃-m₁ reprezinta masa materialului introdus.

- se introduce in picnometru, peste pulbere, lichidul de referinta, astfel incat sa se umple aproximativ 2/3 din volumul acestuia si se elimina aerul prin fierbere pe baie de nisip timp de 15 minute;

- dupa racire, picnometrul se umple cu lichidul de referinta, i se pune dopul, se sterge la exterior si se recantareste (m₄)

Diferenta m₄-m₃ reprezinta masa lichidului de referinta care a incaput in picnometru, peste materialul solid.

Densitatea se calculeaza cu relatia:

[2]

unde: V = volumul picnometrului

In lucrarea de fata se va folosi metoda masuratorilor de volum (metoda biuretei)

Inregistrarea si interpretarea rezultatelor

Masuratorile de volum V₁ , V_i si V_f si de masa se trec in tabelul 5.2.

Tabelul.5.2.

Se calculeaza densitatea cu o precizie de trei cifre semnificative

Ca rezultat se ia media aritmetica a doua determinari.

Densitatea lichidelor

Lichidele sunt lipsite de pori, astfel incat volumul pe care il ocupa reprezinta volumul real adica al particulelor constituente.

Densitatea lichidelor se apreciaza prin determinarea masei unui volum cunoscut de lichid sau prin masuratori directe folosind aparate speciale - densimetre.

Volumul probei se impune prin umplerea unor recipienti de volum cunoscut, iar masa se determina prin cantarire.

Densitatea lichidelor serveste la dterminarea masei volumelor de lichid si ca parametru de calcul al densitatii materialelor solide, cand sunt folosite ca lichide de referinta, iar in cazul solutiilor, la determinarea concentratiilor lor.

Determinarea densitatii lichidelor prin cantarire

. Aparatura si materiale:

- picnometru cu capacitate de 50 cm³, cu dop de sticla prevazut cu dop capilar ;

-balanta analitica;

-termometru 0-100 ⁰C;

-apa distilata;

-hartie absorbanta;

-solutii cu diferite concentratii de clorura de calciu.

. Efectuarea masuratorilor.

Picnometrul spalat cu apa distilata, uscat in etuva la 105⁰C si racit, cu volumul etalon V, se cantareste la balanta analitica (m₁) cu o precizie de patru cifre semnificative.

Se umple picnometrul cu lichidul de analizat , se sterge la exterior cu hartie absorbanta si se cantareste (m₂)

Imediat dupa cantarire se determina temperatura lichidului q_t

Determinarea se repeta pentru diferite temperaturi ale apei distilate.

Inregistrarea si interpretarea rezultatelor.

Valorile masurate m₁, m₂ , V si q_t .se inscriu in ordine in tabelul 5.3.

Tabelul 5.3

Se calculeaza densitatea lichidului pentru temperatura r_q

r_q =

Se calculeaza factorul de corectie j

Pentru apa distilata valoarea factorului j este data in tabelul 5.4.

Tabelul 5.4

Se corecteaza valoarea densitatii determinata la temperatura q_t cu factorul de influenta j calculul densitatii corespunzatoare temperaturii de 20⁰C la care se refera valorile din normele tehnice.

Determinarea densitatii lichidelor cu ajutorul densimetrelor (areometre)

Metoda se aplica pentru lichidele cu vascozitate redusa si se bazeaza pe legea lui Arhimede, aparatele fiind etalonate pentru un anumit interval al densitatii.

Conform legii lui Arhimede:

V_lichid x ρ x g = m_corp x g  si ρ =

. Aparatura si materiale:

-densimetru,

-cilindru din sticla gradat de 500 cm³;

-termometru pentru intervalul de temperatura 0100⁰C;

- apa distilata;

-solutii cu diferite concentratii de clorura de calciu.

Densimetrul (fig.5.3) este compus dintr-un cilindru de sticla inchis, lestat la partea inferioara si gradat in unitati de densitate.

Fig.5.3. Densimetru

Efectuarea determinarilor

Se determina temperatura lichidului aflat in cilindrul gradat.

Se introduce densimetrul in lichid, astfel incat sa nu atinga peretii cilindrului. Se citeste valoarea densitatii la partea superioara a meniscului format de lichid (fig.5.3.). In momentul citirii densimetrul trebuie sa se afle in repaos.

Se repeta determinarea pentru temperaturi diferite sau pentru concentratii diferite.

Inregistrarea si interpretarea rezultatelor

Temperaturile si densitatile corespunzatoare acestora, masurate, se inscriu in tab.5.5.

Tabelul 5.5