Учебное пособие знакомит читателя с техникой эксперимента в химии и предназначено для обучения основным приемам работы в хи­мической лаборатории

Глава 3 ВЕСЫ И ВЗВЕШИВАНИЕ Весы - приборы для определения массы тела. Массу тела нахо­дят созданием при помощи гирь уравновешивающей силы, воз­вращающей подвижную часть весов в исходное положение рав­новесия. Таким образом, весы являются сравнивающим устрой­ством. Масса данного вещества - мера его инерционных и гравита­ционных свойств. В рамках применимости нерелятивистской механики масса вещества - неизменное его свойство. Понятия "масса" и "вес" неадекватны. Понятие массы как скалярной вели­чины следует использовать во всех случаях, когда имеется в виду свойство вещества, характеризующее его инерционность и способность создавать грави­тационное поле. Масса не зависит от ускорения свободного падения g. Массу вещества определяют взвешиванием на весах. Понятие "вес" используют только как понятие силы, возникающей при взаимодействии вещества с гравитационным полем. Вес пропорционален уско­рению свободного падения, равен tng и представляет собой векторную величи­ну. Как и любая другая сила, вес выражается в ньютонах и определяется специ­альными силоизмерительными приборами. В лабораторной практике единицей массы т является грамм (г) и его доль­ные единицы - миллиграмм (мг) и микрограмм (мкг, 10-6 г). В английской и немецкой химической литературе вместо микрограмма иногда применяют устаревшую, внесистемную единицу массы "гамма" у. Лабораторные весы традиционно делят на технохимические (обычно более грубые), аналитические (микроаналитические, ультрамикроаналитические, более чувствительные) и специаль­ные (для особых целей). По способу создания уравновешивающей силы весы подраз­деляют на механические гиревые (равноплечие и неравноплечие) квадрантные (маятниковое уравновешивающее устройство). пружинные (торзионные, крутильные), гидростатические и неко­торые другие. Ранее наиболее распространенные простые аналитические двухчашечные равноплечие весы с трехпризменным коромыс­лом и рейтером {рейтер - проволочная гиря-"наездник" с мас­сой 1 или 5 мг), перемещаемым вручную вдоль шкалы на коро­мысле, в настоящее время выходят из употребления. Их практи­чески сменили аналитические равноплечие весы с демпфером, вейтографом (см. ниже) и встроенными гирями. Эти весы не только упрощают и ускоряют взвешивание, но и способствуют повышению его точности. Больше стали использовать и одно­плечие (одночашечные) двухпризменные весы. Главная тенденция в развитии техники взвешивания - кон­струирование устройств, дающих информацию о массе тела в форме цифровых электрических сигналов с применением элек­тронной и микропроцессорной техники. 3.1. Технохимические весы Технохимические весы применяют для измерения относительно больших масс (от 100 г до 1 кг) с точностью от 0,05 до 0,5 г. По конструкции технохимические весы бывают равноплечими, трехпризменными (рис. 64) и двухпризменными, одночашечны-ми (рис. 65), называемыми еще квадрантными (от лат. quard-rans - четвертая часть, что означает перемещение грузового плеча 2 в секторе с центральным углом 90°). Равноплечие коромысловые весы (рис. 64) характеризуются одинаковым расстоянием от центров грузоподъемных призм 1 (рис. 64, б) до точки опоры центральной призмы 3 (опорной призмы). Для уменьшения массы коромысло 5 весов делают из дюралюминия, сплавов на основе титана большой прочности и с малым коэффициентом термического расширения. У двупле­чих весов осями вращения и точками приложения масс служат три призмы 1 и 3 (рис. 64, б), которые должны быть расположе­ны параллельно и в одной плоскости. В качестве материала призм и подушек 2 и 4 для них чаще всего применяют агат - малогигроскопичный и химически устойчивый в воздушной среде мине­рал. Используют также корунд - плавленый оксид алюминия А1203 в технохимических весах с нагрузкой более 200 г. Подушки 2 весов, как правило, плоские. Лезвия призм 1 и 3 и рабочую плоскость подушек после шлифовки подвергают еще и алмазной полировке. Твердость агата и корунда (лейкосапфира) по шкале Мооса равна соответственно 7 и 9. По своим физико-механическим свойствам корунд намного превосходит агат. Его недостаток - склонность к сколообразованию и хрупкость. Твердость подушек должна быть выше твердости призм, но пока надлежащего материала кроме карбида кремния SiC не найдено. Рис. 64. Технохимические весы (а) и устройство равноплечего коромысла (б): а: I - винт с гайкой; 2 - коромысло; 3 - серьга; 4 - стрелка; 5 - отвес; б - стремена; 7-чашки; 8 - основание весов; 9 - шкала; 10 - арретир; 1/ - ножки; 12 - балансировочные гайки Рис. 65. Устройство двухпризменных одночашечных весов (а, б) и их внешний вид (в):1 - чашка с грузом; 2- грузоподъемная призма; 3- шарнирная система; 4- коромысло; 5- опорная призма; 6- встроенные гири; 7- противовес; 8- микрошкала При равенстве масс взвешиваемого вещества и гирек стрелка 4 коромысла 2 (рис. 64, а) указывает на центр шкалы 9 весов (нулевое положение). Перед взвешиванием весы устанавливают в строго горизонтальном положении либо при помощи отвеса 5, либо по жидкостному уровню. Затем поворотом ручки 10 арре­тира (см. разд. 3.2) опускают центральную призму 3 коромысла 5 (рис. 64, б) на опорную подушку 4, одновременно опускаются и упоры чашек 7 (рис. 64, а). С этого момента все три призмы касаются своих подушек и начинаются колебания коромысла около положения равновесия: стрелка 4 (рис. 64, а) через 2-3 с начинает отклоняться вправо и влево от нуля на одно и то же число делений с точностью ±2 деления. Если этого не происхо­дит, то при помощи балансировочных гаек 12 добиваются равновесия правого и левого плечей коромысла. Весы, пригодные к работе, прежде всего не должны изменять положение своего нуля при многократном нагружении и разгружении чашек. Перед каждым помещением взвешиваемого ешества или гирек на чашки весов необходимо арретиром при­вести весы в нерабочее положение, когда между ребрами призм их подушками появляются просветы в 0,1-0,2 мм. Принято груз помещать на левую чашку весов, а гирьки из разновеса - на правую. Разновес. Для взвешивания на технохимических трехпризменных весах (см. рис. 64, а) применяют разновес - набор граммовых и миллиграммовых гирь, расположенных в гнездах перевянного ящичка с внутренней бархатной или другой мяг­кой, не выделяющей волокон и других частиц прокладкой, предохраняющей гири от истирания. Гнезда миллиграммовых гирек закрыты стеклянной пластинкой, предохраняющей гири от пыли из воздуха. В ящичке расположен и пинцет с костя­ными или пластмассовыми наконечниками, с помощью которо­го берут и устанавливают на чашке весов гири. Для уравнове­шивания малых долей массы служит проволочная гиря, имеющая вид вилки. Ее называют гусариком, или рейтером. Рейтер имеет массу 1 или 5 мг. Гири изготавливают из различных сплавов с многослойным хромовым покрытием. Каждая гирька имеет погрешности, кото­рые при точной работе следует учитывать, погрешности указаны в паспорте разновеса. При использовании разновеса ни в коем случае нельзя ка­саться гирек руками, и этого правила необходимо придерживать­ся с педантичной аккуратностью. Гирьки берут осторожно толь­ко пинцетом, не сильно его сжимая, так как пальцы рук всегда покрыты тонкой пленкой жира и влаги, которые не только уве­личивают массу гирь, но и способствуют окислению металла. Разумеется, наконечники пинцета должны быть чистыми и обезжиренными. Ими нельзя касаться других предметов, кроме гирь. Снятую с правой чашки весов гирьку немедленно ставят в соответствующее гнездо разновеса, но ни в коем случае не на основание весов или, что еще хуже, на весовой стол. Ящик раз­новеса открывают только на время переноса гирек на чашку весов и обратно в разновес. Стекло, закрывающее миллиграм­мовые гирьки, снимается при отсутствии на нем ручки легким нажатием на один из его концов. Тогда другой конец припод­нимается и его можно захватить пальцами. В каждом разновесе находится по две и по три гири одинако­вой массы. Чтобы их не перепутать, первую гирьку оставляют без пометок, на второй ставят рядом с цифрой, означающей массу, одну звездочку (*), а на третьей - две звездочки. Через каждые 6 месяцев разновес следует отправлять в весо­вую мастерскую на проверку. Протирать каким-либо раствори, телем помутневшие гирьки категорически запрещается. Разно-вес с такими гирьками надо немедленно отправить в весовую мастерскую. Взвешивание при помощи гирь. После того, как взвешиваемый предмет установлен на левой чашке весов, коробку с разновесом ставят как можно ближе к правой чашке весов и при помощи пинцета берут гирю заведомо большей массы, чем предполагае­мая масса предмета. Например, если ориентировочно допускают массу груза в 10 г, то взвешивание начинают с гири массой в 20 г. Эту гирю осторожно, без удара о чашку, помещают на се­редину правой чашки весов, а левой рукой поворачивают ручку арретира на столько, чтобы стрелка отклонилась не больше, чем на 2-3 деления шкалы. Отклонение стрелки влево указывает на перевес - избыток массы гирь, а отклонение вправо - на недо­статок. Убедившись, что гиря в 20 г велика, ее снимают, пред­варительно опустив коромысло весов, и помешают в футляр разновеса на свое место и пробуют следующую гирю в 1 г. Ес­ли взвешиваемый груз перетягивает, то прибавляют на чашку весов следующую по значению массы гирю в 5 г и т.д. Так по­ступают до тех пор, пока после прибавления очередной гири чашка с гирями не станет перетягивать чашку с грузом. Гири тяжелее 1 г помещают в середину чашки, и чем тяжелее гиря, тем ближе ее ставят к середине чашки. Гири легче 1 г по­мещают по краю чашки в порядке вынимания их из футляра разновеса. В разновесе все миллиграммовые гирьки должны лежать отогнутыми концами в одну сторону. Подобным образом их размещают и по краю чашки весов. Это позволяет быстро взвешивать. Взвешивание заканчивают, когда стрелка весов станет откло­няться в обе стороны приблизительно на одно число делений. Массу груза устанавливают по пустым гнездам разновеса. Затем снимают гири с чашки весов в строго определенном порядке, начиная с самой крупной гири, и при этом еще раз проверяют запись массы груза. Двухлризменные, или одночашечные, весы (рис. 65, а, б) пред­ставляют собой несимметричный рычаг с двумя призмами 2 и 5. Опорная призма 5 опирается на неподвижную плоскую подуш­ку. Грузоприемная подвеска имеет рейку с навешанными встро­енными гирями 6 (в варианте а весов рейка находится на пра­вом коромысле весов). Изображение микрошкалы 8 проецирует­ся на экран отсчетного устройства, дающего непосредственные значения масс взвешиваемых предметов. В исходном положении все встроенные гири нагружены на подвеску, и рычаг для весов типа б уравновешен противовесом 7. После помещения на грузоприемную чашку 1 груза снимают с рейки такое число гирь, чтобы их суммарная масса приблизительно соответствовала мас­се груза. Разницу между массой груза и массой снятых гирь определяют по показаниям отсчетного устройства. При макси­мальных нагрузках 500 и 100 г точность взвешивания составляет соответственно 10 и 5 мг. 3.2. Аналитические весы Аналитические весы - наиболее распространенный класс дву- и одноплечих коромысловых весов различных модификаций с максимальной нагрузкой до 200 г и чувствительностью 0,01-0,1 мг. Микроаналитические весы отличаются от аналитиче­ских лишь тем, что у них предельная нагрузка около 20 г, а чувствительность доведена до 0,01-0,001 мг. Под ультрамикрове­сами понимают все весы, чувствительность которых составляет 10-5-10-3 мг, а максимальная нагрузка колеблется от 1 г до 10 г. В аналитических весах новейших типов разновес находится около коромысла (встроенные гири) и навешивается на него либо механическим, либо автоматическим приспособлением при взвешивании вещества. В этом случае подбор гирь становится намного легче и проще, устраняется необходимость в тщатель­ном центрировании на чашке гирь большой массы. Исключает­ся также открывание дверцы весов, и поэтому внутри их не соз­даются воздушные вихри, нарушающие температурный режим взвешивания. Основные узлы аналитических весов. Порядок взвешивания на аналитических весах разного вида определяется инструкцией, прилагаемой к каждому типу весов. Здесь рассмотрим наиболее важные узлы и характеристики взвешивания. Арретир (нем. Arretier(ung), франц. arreter - фиксировать, останавливать) - приспособление для установки и закрепления коромысла весов в нерабочем положении, чтобы предохранить ребра призм от быстрого изнашивания. Другое название этого приспособления - изолир. У арретированных весов ни одна призма не касается своих опорных агатовых подушек. Расстоя­ние между ребром призмы и плоскостью подушки составляет у арретированных весов 0,1-0,3 мм. Такой небольшой зазор по­зволяет сохранять постоянными места соприкосновения призм с подушками и исключает сильные удары призм о грузоприемные подушки при неосторожном опускании коромысла арретиром. У арретированных весов чашки висят не на коромысле, а покоятся на упорах (см. рис. 64, а). Опускать арретир надо очень медленно, чтобы призмы мягко соприкоснулись с опорными подушками, а не ударились бы о них. Только тогда, когда коромысло весов начнет уже покачи­ваться и дрогнет конец стрелки, можно несколько ускорить движение арретира и опустить его до конца. Рис. 66. Устройство вейтографа Рис. 67. Устройство демпфера Кюри (а) и пластинчатого демпфера (б): 1 - стойка коромысла; 2 - стрелка весов; 3 - стакан, висящий на коромысле; 4 - стакан, закрепленный на стойке весов; 5 - крючок коромысла Пока весы не арретированы, ничего нельзя помещать на чашки, а также снимать с них что-либо или вообще трогать ве­сы, открывать или закрывать боковые дверцы и поднимать пе­реднюю. Стрелка весов и шкала - наиболее простые отсчетные уст­ройства для определения положения нулевой точки. При рас­смотрении шкалы невооруженным глазом размер деления нель­зя делать меньше 1 мм, так как это сильно затруднит наблюде­ние: оценить положение стрелки относительно шкалы можно только с точностью до 0,5 мм при условии, что стрелка движет­ся вблизи шкалы. В современных аналитических весах применяют для отсчета отклонения стрелки оптические устройства, позволяющие дово­дить точность отсчета до 0,001-0,005 мм. Такие устройства на­зывают вейтографами (рис. 66). Луч света от осветителя 1, рас­положенного сзади весов, проходит через линзы 2 и окно в колонке 3 коромысла и микрошкалу 5, закрепленную в нижней части стрелки 4 весов. Затем луч света попадает в объектив 6 установленный перед стрелкой, а после него отразившись d двух зеркал 7 и 8, падает на матовый экран 9, на котором в ка­честве отсчетного знака нанесена вертикальная черта. Исследо­ватель видит на экране в увеличенном виде деления микрошка­лы, перемещающиеся относительно вертикальной черты. Для уменьшения числа колебаний коромысла около положения равновесия, а следовательно, и перемещения стрелки со шкалой или вдоль шкалы, применяют успокоители колебаний -демпферы. Демпфер (от нем. Dampfer - глушитель) может иметь разное устройство. На рис. 67 приведена схема демпфера Кюри и плас­тинчатого демпфера. При наклонении коромысла весов вправо верхний стакан 3 (рис. 67, а) демпфера Кюри сжимает в нижнем неподвижном стакане 4 воздух и заставляет его выходить по длинному извилистому пути наружу. Работа выхода воздуха со­вершается за счет энергии колебаний весов, что и приводит к быстрому торможению колебаний. В пластинчатом демпфере (рис. 67, б) роль верхнего стакана выполняет плоский диск-поршень 2, жестко скрепленный с концом коромысла весов. Диск перемещается в стакане 1 с не­большим радиальным зазором. Сопротивление движению регу­лируют путем перемещения заслонки 3. Такой демпфер приме­няют преимущественно в двухпризменных весах. Встречаются весы с магнитным успокоителем, в котором пластинка из немагнитного материала, прикрепленная к коро­мыслу, перемещается между полюсами постоянного магнита. Кюри Пьер (1859-1906) - французский физик и химик, лауреат Нобелев­ской премии по физике. Один из основателей учения о радиоактивности. Нулевая отметка - это среднее арифметическое показаний отклонений стрелки от положения равновесия, наблюдаемых при качаниях ненагруженных весов. Нулевую отметку проверя­ют перед каждым взвешиванием и определяют ее методом кача­ний, основанным на измерении 3-5 последовательных отклоне­ний стрелки в одну и другую сторону. Первые 2-3 колебания после осторожного опускания коромысла арретиром не прини­мают во внимание, а последующие отклонения стрелки записы­вают. Например, получены отклонения стрелки влево: 5,6; 5,8 и 5,9 (рис. 68). Среднее значение 17,3:3 = 5,8. Отклонения вправо составили 14,9 и 14,7. Среднее значение 29,6:2 = 14,8. Тогда нулевая отметка равна 1/2(5,8 + 14,8) = 10,3. Для проверки по­лученного результата повторяют определение положения нуле­вой отметки три раза, каждый раз опуская коромысло весов при Помощи арретира, а затем поднимая его. 0011Из полученных трех результатов берут среднее арифметиче­ское, которое и принимают за истинное положение равновесия (нулевую отметку). Отсчеты берут с точностью до десятых долей деления, начиная всегда с какой-нибудь одной стороны шкалы. На рис. 68 приведены отсчеты по шкале, имеющей нуль слева. В весах с демпферами положение равновесия (нулевая отметка) отсчитывают непосредственно по шкале после полной остановки стрелки. Рис. 68. Отсчет показаний стрелки весов при колебаниях коромысла Показания весов считают устойчивыми, если от­клонения от положения нулевой отметки каждый раз не превы­шают 0,2 деления шкалы. Масса взвешиваемого вещества будет равна массе гирь только в том случае, когда при взвешива­нии стрелка весов будет нахо­диться в положении равновесия, отвечающего в данном случае делению шкалы 10,3.

Похожие:

	Учебное пособие для студентов специальности 271200 «Технология продуктов... Учебное пособие предназначено для изучения теоретической части курса «Ресторанное дело». Предназначено для студентов вузов, преподавателей....		Учебное пособие Тольятти 2011 г. Авторы: Савкин С. А., Рынгач В.... Учебное пособие предназначено для студентов, изучающих предмет «Артиллерийская разведка». Он составлен в соответствии с программой...
	Учебное пособие предназначено для развития навыков работы в программе... Учебное пособие предназначено для развития навыков работы в программе Movie Maker. Учебное пособие используется при изучении программного...		Учебное пособие предназначено для студентов дневной формы обучения... Пособие рекомендовано для обеспечения базового курса дневного обучения в техническом вузе
	Учебное пособие по токсикологической химии для студентов фармацевтического факультета Раздел Химико−токсикологические лаборатории наркологических диспансеров и центров по лечению острых отравлений		Учебное пособие для модульно-рейтинговой технологии обучения Допущено... Учебное пособие предназначено для студентов, аспирантов и преподавателей вузов
	Бизнес-курс английского языка методические указания для студентов... Учебное пособие предназначено для работы на занятиях, а также для индивидуальной работы студентов		Учебное пособие для студентов и технических работников вузов Учебное пособие предназначено для преподавателей, студентов и технических работников высших и средних учебных заведений, независимо...
	Учебное пособие для самостоятельной работы студентов заочного отделения... Учебное пособие предназначено для для самостоятельной работы студентов заочного отделения неязыков специальностей вузов, ранее изучавших...		Учебное пособие к практическим занятиям для студентов специальности 050715 «Логопедия» Учебное пособие составлено в соответствии с требованиями действующего Государственного образовательного стандарта высшего профессионального...
	Учебное пособие подготовлено для самостоятельной внеаудиторной работы... Учебное пособие предназначено для обучающихся по специальности 31. 05. 01 Лечебное дело		Учебное пособие подготовлено для самостоятельной внеаудиторной работы... Учебное пособие предназначено для обучающихся по специальности 31. 05. 01 Лечебное дело
	Учебное пособие предназначено для студентов специальности 130503.... Учебное пособие предназначено для студентов специальности 130503. 65 «Разработка и эксплуатация нефтяных и газовых месторождений»...		Учебное пособие Допущено Учебно-методическим объедине-нием по образованию... Учебное пособие предназначено для освоения студентами основ работы с различными операционными системами с использованием всех возможностей,...
	Учебное пособие для студентов 6 курса, обучающихся по специальности... Учебное пособие предназначено для самостоятельной работы студентов 6 курса при подготовке к практическим занятиям		Введение 4 Учебное пособие предназначено для студентов специальности 190701 дневного и заочного обучения