Ареометр

Не следует путать с (Анемометром) — прибором для измерения скорости ветра.

Ареометр — прибор для измерения плотности жидкостей и твёрдых тел, принцип работы которого основан на законе Архимеда.

Ареометр (постоянной массы)

История

В одном письме Синезий просит (Гипатию) сконструировать ему «гидроскоп» для определения плотности или удельного веса жидкостей. На основании этого письма, было заявлено, что Гипатия сама изобрела ареометр. Мельчайшие детали, в которых Синезий описывает инструмент, однако, могут быть интерпретированы как описание уже известного Синезию, но неизвестного Гипатии устройства, которое она могла бы воспроизвести по описанию. Гидрометры были основаны на принципах Архимеда (III в. до н. э.), возможно, были изобретены им же и были описаны во II веке нашей эры в стихотворении римского учёного Ремния.

Конструкция и принцип действия и использования

Обычно представляет собой поплавок из стекла, утяжеляемый дробью или ртутью для достижения необходимой массы. В верхней, узкой части находится шкала, которая проградуирована в значениях плотности раствора или концентрации растворенного вещества. Плотность раствора равняется отношению массы ареометра к объёму, на который он погружается в жидкость. Соответственно, различают ареометры постоянного объёма и ареометры постоянной массы.

Набор ареометров

• Для измерения плотности жидкости ареометром постоянной массы сухой и чистый ареометр помещают в сосуд с этой жидкостью так, чтобы он свободно плавал в нём. Значения плотности считывают по шкале ареометра, по нижнему краю мениска. У ареометров постоянной массы пределы измерений обычно довольно узкие, и на практике пользуются наборами поплавков.
• Для измерения ареометром постоянного объёма изменяют его массу, достигая его погружения до определённой метки. Плотность определяется по массе груза (например, гирек) и объёму вытесненной жидкости.

Шкалы

Семипоплавковый ареометр для измерения плотности электролита в автомобильных аккумуляторах

Для практического применения ареометр градуируют в концентрации растворенного вещества, например:

• Спиртомер — в процентах алкоголя для измерения крепости напитка;
• Лактометр — в процентах жира для определения качества молока;
• (Солемер) — для измерения солености раствора;
• Сахаромер — при определении концентрации растворенного сахара;

Так как плотность жидкостей сильно зависит от температуры, измерения концентрации должны проводиться при строго определенной температуре, для чего ареометр иногда снабжают термометром.

Различают следующие виды ареометров:

• ареометр общего назначения АОН-1, АОН-2, АОН-3, АОН-4, АОН-5;
• ареометр для молока АМ, АМТ;
• ареометр для нефтепродуктов АН, АНТ-1, АНТ-2;
• ареометр для урины АУ;
• ареометр для спирта АСП-1, АСП-2, АСП-3, АСП-Т;
• ареометр для электролита АЭ-1, АЭ-2, АЭ-3;
• ареометр для грунта АГ;
• ареометр для сахара АС-2, АС-3, АСТ-1, АСТ-2;
• ареометр для кислот АК-1, АК-2;
• ареометр-гидрометр с термометром АЭГ.

Шкала Боме

Запрос «Шкала Боме»^[d] перенаправляется сюда. На эту тему нужно .

Французский химик Антуа́н Боме́ в 1768 году разработал современную конструкцию ареометра и шкалу плотности жидкостей в градусах Боме, обозначаемых как degrees Baumé, B°, Bé° и просто Baumé, Бомэ, Боме, которые изначально были численно равны концентрации раствора поваренной соли (хлорида натрия) в процентах по массе при 16 °C. Позднее шкала уточнялась и исправлялась. Шкала Боме используется на практике по сей день, но в России отменена в 1930-е гг.

Между плотностью и количеством градусов Боме существует несложная математическая зависимость, но в разных источниках приводятся разные численные коэффициенты:

${\displaystyle d={a \over {b\pm B}}}$, где

• знак + используется для жидкостей, менее плотных, чем вода, а знак − для жидкостей, более плотных, чем вода;
• ${\displaystyle d}$, ^г/_см3 — плотность;
• ${\displaystyle a}$, ${\displaystyle b}$ — коэффициенты, равные:
  • ${\displaystyle a=b=144,3}$;
  • ${\displaystyle a=b=145}$ для жидкостей, более плотных, чем вода и ${\displaystyle a=140,b=130}$ для жидкостей, менее плотных, чем вода;
  • ${\displaystyle a=b=144}$ для жидкостей, более плотных, чем вода и ${\displaystyle a=144,b=134}$ для жидкостей, менее плотных, чем вода.

Таблица для перевода между градусами Боме и удельными весами

Уд. вес при 15 °C, ^г/см3	Градусы Боме	Уд. вес при 15 °C, ^г/см3	Градусы Боме	Уд. вес при 15 °C, ^г/см3	Градусы Боме	Уд. вес при 15 °C, ^г/см3	Градусы Боме	Уд. вес при 15 °C, ^г/см3	Градусы Боме
1,000 1,005 1,010	0,0 0,7 1,4	1,171 1,175 1,180	21,0 21,4 22,0	1,355 1,360 1,365	37,8 38,2 38,6	1,535 1,540 1,545	50,3 50,6 50,9	1,725 1,730 1,735	60,6 60,9 61,1
1,015 1,020 1,025	2,1 2,7 3,4	1,185 1,190 1,195	22,5 23,0 23,5	1,370 1,375 1,380	39,0 39,4 39,8	1,550 1,555 1,560	51,2 51,5 51,8	1,740 1,745 1,750	61,4 61,6 61,8
1,030 1,035 1,040	4,1 4,7 5,4	1,200 1,205 1,210	24,0 24,5 25,0	1,383 1,385 1,390	40,0 40,1 40,5	1,565 1,570 1,575	52,1 52,4 52,7	1,755 1,760 1,765	62,1 62,3 62,5
1,045 1,050 1,055	6,0 6,7 7,4	1,215 1,220 1,225	25,5 26,0 26,4	1,395 1,400 1,405	40,8 41,2 41,6	1,580 1,585 1,590	53,0 53,3 53,6	1,770 1,775 1,780	62,8 63,0 63,2
1,060 1,065 1,070	8,0 8,7 9,4	1,230 1,235 1,240	26,9 27,4 27,9	1,410 1,415 1,420	42,0 42,3 42,7	1,595 1,600 1,605	53,9 54,1 54,4	1,785 1,790 1,795	62,5 63,7 64,0
1,075 1,080 1,085	10,0 10,6 11,2	1,245 1,250 1,255	28,4 28,8 29,3	1,425 1,430 1,435	43,1 43,4 43,8	1,610 1,615 1,620	54,7 55,0 55,2	1,800 1,805 1,810	64,2 64,4 64,6
1,090 1,095 1,100	11,9 12,4 13,0	1,260 1,265 1,270	29,7 30,2 30,6	1,440 1,445 1,450	44,1 44,4 44,8	1,625 1,630 1,635	55,5 55,8 56,0	1,815 1,820 1,822	64,8 65,0 65,1
1,105 1,110 1,115	13,6 14,2 14,9	1,275 1,280 1,285	31,1 31,5 32,0	1,455 1,460 1,465	45,1 45,4 45,8	1,640 1,645 1,650	56,3 56,6 56,9	1,824 1,826 1,828	65,2 65,3 65,4
1,120 1,125 1,130	15,4 16,0 16,5	1,290 1,295 1,300	32,4 32,8 33,3	1,470 1,475 1,480	46,1 46,4 46,8	1,655 1,660 1,665	57,1 57,4 57,7	1,831 1,833 1,835	65,5 65,6 65,7
1,135 1,140 1,143	17,1 17,7 18,0	1,305 1,310 1,315	33,7 34,2 34,6	1,485 1,490 1,495	47,1 47,4 47,8	1,670 1,675 1,680	57,9 58,2 58,4	1,838 1,840 1,841	65,8 65,9 66,0
1,145 1,150 1,152	18,3 18,8 19,0	1,320 1,325 1,330	35,0 35,4 35,8	1,500 1,505 1,508	48,1 48,4 48,5	1,685 1,690 1,695	58,7 58,9 59,2
1,155 1,160 1,163	19,3 19,8 20,0	1,333 1,335 1,340	36,0 36,2 36,6	1,510 1,515 1,520	48,7 49,0 49,4	1,700 1,705 1,710	59,5 59,7 60,0
1,165 1,170	20,3 20,9	1,345 1,350	37,0 37,4	1,525 1,530	49,7 50,0	1,715 1,720	60,2 60,4

Применение в геотехнике

Ареометр определяет удельный вес (или плотность) суспензии, что позволяет рассчитать процентное содержание частиц определенного эквивалентного диаметра частиц.

Ареометр нашел применение в Ареометрическом методе (англ. Hydrometer Method) для определения (гран. состава грунта) для нахождения содержания в грунте частиц диаметром менее 0,1 мм. Ареометрический метод основан на последовательном определении плотности суспензии грунта через определенные промежутки времени с помощью ареометра. По результатам определений рассчитывают диаметр и количество определяемых частиц по формуле или с помощью номограммы. Содержание фракций крупнее 0,1 мм определяют ситовым методом. Ареометр должен быть откалиброван для определения его истинной глубины с точки зрения показаний ареометра.

В основе этого теста лежит (Закон Стокса) для падающих сфер в вязкой жидкости, в котором конечная скорость падения зависит от диаметра зерен и плотности зерен во взвешенном состоянии и жидкости. Таким образом, диаметр зерна можно рассчитать, зная расстояние и время падения. В случае почвы предполагается, что частицы почвы имеют сферическую форму и имеют одинаковую удельную массу. Поэтому можно сказать, что в водной почвенной взвеси более крупные частицы оседают быстрее, чем более мелкие.

Примечания

1. Физический энциклопедический словарь / Гл. ред. А. М. Прохоров. Ред. кол. Д. М. Алексеев, А. М. Бонч-Бруевич, А. С. Боровик и др. — М.: Сов. энциклопедия, 1983. — С. 32—33. — 982 с. — 100 000 экз.
2. ЭСБЕ, 1890—1907.
3. Deakin, 1992, p. 22.
4. Theodore, 2016, p. 183.
5. Deakin, 2007, pp. 104–105.
6. Booth, 2017, pp. 113–114.
7. Booth, 2017, p. 115.
8. Deakin, 2007, p. 105.
9. Booth, 2017, pp. 114–115.
10. Bensaude-Vincent, Bernadette. 7. The Chemist's Balance for Fluids: Hydrometers and Their Multiple Identities, 1770-1810 // Instruments and Experimentation in the History of Chemistry (англ.) / Edited by (Frederic L. Holmes) and Trevor H. Levere. — (Massachusetts Institute of Technology Press), 2000. — P. 153. — 415 p. — ISBN 978-262082822. 13 января 2024 года.
11. Ian Spencer Hornsey. A history of beer and brewing. — Royal Society of Chemistry, 2003. — С. 429.
12. Jeanne Bendick. Archimedes and the Door of Science. — Literary Licensing, LLC, 2011. — С. 63-64.
13. Гинкин, 1939, с. 628.
14. Перри, 2008, с. 1—19.
15. Смителс, 1949, с. 41.
16. Гинкин, 1939, с. 629.
17. Fakhry A. Assaad, Philip Elmer LaMoreaux, Travis H. Hughes (ed.), Field Methods for Geologists and Hydrogeologists, Springer Science & Business Media, 2004 , p.299
18. Энциклопедия Университета Британской Колумбии

Литература

• Ареометр // Энциклопедический словарь Брокгауза и Ефрона : в 86 т. (82 т. и 4 доп.). — СПб., 1890—1907.
• Г. Г. Гинкин. Справочник по радиотехнике. — 3-е, исправленное и дополненное. — Москва - Ленинград: Оборонгиз, 1939.
• Charlotte Booth. Hypatia: Mathematician, Philosopher, Myth. — London: Fonthill Media, 2017. — .
• Deakin, M. A. B. Hypatia of Alexandria // Function. — 1992. — Т. 16, вып. 1. — С. 17–22.
• Deakin, Michael A. B. Hypatia of Alexandria: Mathematician and Martyr. — Amherst, NY: Prometheus Books, 2007. — .
• Perry. Perry's Chemical Engineers' Handbook. — 8-е. — McGraw-Hill, 2008. — .
• Smithells, Colin J. and Al. Metals Reference Book. — London: Butterworths Scientific Publications, 1949.
• Jonathan Theodore. The Modern Cultural Myth of the Decline and Fall of the Roman Empire. — Manchester, England: Palgrave, Macmillan, 2016. — .