Làm chủ về mật độ và các phương pháp đo mật độ

1. MẬT ĐỘ LÀ GÌ ?

     Mật độ thực ρ tính bằng kg/m 3 hoặc g/cm 3 được định nghĩa bằng khối lượng m chia cho thể tích V. Khối lượng m tương ứng với trọng lượng trong chân không và không phụ thuộc vào các điều kiện bên ngoài như độ nổi trong không khí hoặc trọng lực.

     Đối với các phép đo có độ chính xác cao, yếu tố ảnh hưởng đáng kể nhất là nhiệt độ của mẫu. Do đó, điều cần thiết là các tỷ trọng kế hiện đại phải được trang bị khả năng kiểm soát nhiệt độ hiệu quả của phòng đo.

Mật độ của một số chất lỏng thông thường ở 20℃

     Như ảnh trên: chất lỏng có mật độ cao hơn như nước trái cây hoặc xi-rô sẽ chìm xuống; chúng nặng hơn và có độ nổi kém hơn. Các chất lỏng có mật độ thấp hơn như rượu hoặc nước có sức nổi cao hơn nên chúng nổi lên trên. 

2. ĐIỀU GÌ ẢNH HƯỞNG ĐẾN MẬT ĐỘ ?

Nhiệt độ

     Thể tích và trạng thái của vật liệu thay đổi theo nhiệt độ. Do đó, nhiệt độ có ảnh hưởng quan trọng đến mật độ. Vậy nên phép đo mật độ chính xác đòi hỏi phải xác định nhiệt độ chính xác và ổn định nhiệt độ tốt

     Một ví dụ điển hình về sự phụ thuộc vào nhiệt độ của mật độ là nhiệt kế. Khi nhiệt độ ngày càng tăng, thể tích cồn bên trong nhiệt kế sẽ nở ra và tăng lên. Cùng khối lượng nhưng khối lượng lớn hơn có nghĩa là mật độ ít hơn

     Nhiệt độ là yếu tố quan trọng để đo mật độ chính xác, trong đó bạn cần điều khiển nhiệt độ chính xác hoặc thuật toán bù. Chênh lệch nhiệt độ 0,1 °C có thể dẫn đến sai số mật độ lên tới 0,0001 g/cm³

Áp suất không khí và độ cao

     Áp suất không khí và độ cao cục bộ cũng có tác động đến mật độ của chất lỏng và máy đo mật độ hiện đại bù đắp cho các yếu tố ảnh hưởng này để chúng không ảnh hưởng đến kết quả.

Độ nhớt

     Tùy thuộc vào cách bạn đo mật độ, độ nhớt của chất có thể ảnh hưởng đến kết quả. Ví dụ, khi đo bằng máy đo mật độ kỹ thuật số, tần số dao động đo được không chỉ phụ thuộc vào mật độ của mẫu được đổ đầy mà còn phụ thuộc vào độ nhớt của nó. Do sự dao động của ống, lực cắt (một loại ma sát) xảy ra giữa chất lỏng và thành ống và dẫn đến hiện tượng giảm chấn. Độ giảm chấn tăng khi độ nhớt của mẫu tăng và điều đó dẫn đến kết quả đo mật độ quá mức. Tỷ trọng kế hiện đại bù đắp hiệu ứng này và tự động thực hiện hiệu chỉnh độ nhớt bằng kỹ thuật đặc biệt trong đó áp dụng hai chế độ dao động khác nhau.

3. Ba phương pháp đo và ưu điểm của mỗi phép đo mật độ:

Phù kế 

     Phù kế hoạt động dựa trên nguyên lý độ nổi như một hàm của khối lượng. Phao thủy tinh chìm vào mẫu chất lỏng cho đến khi lực trọng lượng phụ thuộc khối lượng của nó và lực nổi ở trạng thái cân bằng. Mật độ tương ứng với độ sâu ngâm được thể hiện trên thang đo bên trong cột phao

     Phù kế không tốn kém nhưng khó đọc trong trường hợp mẫu có độ nhớt cao hoặc tối và rất dễ vỡ. Nó cũng yêu cầu thể tích mẫu ít nhất là 100 ml và độ chính xác tối đa là 0,001 g/cm³ đòi hỏi phải kiểm soát nhiệt độ chính xác trong thời gian dài

Tỷ trọng kế

     Tỷ trọng kế bao gồm một bình thủy tinh và một nút đậy (đôi khi có nhiệt kế tích hợp). Nó được đặt trên một chiếc cân và sau khi xác định trọng lượng của pycnometer rỗng, bạn có thể tính thể tích của nó bằng cách đổ vào chất lỏng hiệu chuẩn có mật độ đã biết (ví dụ: nước) bằng cách sử dụng định nghĩa mật độ tương ứng (thể tích = trọng lượng / mật độ)

     Sau đó, bằng cách cân tỷ trọng kế chứa đầy mẫu, có thể xác định được mật độ của mẫu (mật độ = trọng lượng / thể tích)

     Sử dụng tỷ trọng kế có thể mang lại kết quả chính xác và đáng tin cậy nếu việc kiểm soát nhiệt độ và cân bằng đều chính xác như nhau. Tỷ trọng kế có giá cả phải chăng nhưng có thể dễ dàng bị hỏng. Phương pháp này khá chậm và tốn thời gian và cần có người vận hành có tay nghề cao. Một nhược điểm khác là cần thể tích mẫu lớn, thường từ 10 mL đến 100 mL

Bộ tạo dao động ống chữ U

     Phương pháp này lợi dụng thực tế là tần số dao động của vật thể là một hàm số theo khối lượng của nó. Một mao quản hình chữ U chứa đầy mẫu chất lỏng và tạo ra dao động áp điện hoặc từ. Khối lượng và do đó mật độ của mẫu có thể được tính từ tần số riêng thu được của bộ dao động ống chữ U

     Tỷ trọng kế sử dụng phương pháp ống chữ U dao động cho phép đo có độ chính xác cao ở nhiệt độ được kiểm soát và dễ dàng lặp lại kết quả trong vòng vài phút, yêu cầu thể tích mẫu không quá 1 ml và dễ xử lý

CẢM ƠN BẠN ĐÃ QUAN TÂM ĐẾN BÀI VIẾT CỦA CHÚNG TÔI ! HY VỌNG CÓ THỂ ĐỒNG HÀNH CÙNG NHAU Ở NHỮNG DỰ ÁN SẮP TỚI !