Весьма удобен в работе пикнометр (рис. 325) с боковой капиллярной трубкой 3. Пробкой служит тело термометра 1, пришлифованного к горлу колбы 4. Термометр позволяет вести непрерывные наблюдения за температурой жидкости. Отверстие капилляра закрывается колпачком 2, притертым к конусному концу трубки.

Работа с пикнометром значительно упрощается, если на его горловине нанесена шкала, которая позволяет быстрее и точнее определять объем жидкости в пикнометре (методика калибровки шкалы описана в работе [8]).

Для весьма малых количеств жидкости (порядка 1 см) хорошие результаты получают с помощью пипеткообразного пикнометра (пикнометра Оствальда - Шпренгеля). Он представляет собой U-образную трубку с оттянутыми и отогнутыми под прямым углом концами. Оба конца трубки закрыты притертыми колпачками. Пикнометр заполняют жидкостью до края отверстия на одном конце и до метки на другом конце.

Для измерения плотности газов применяют шаровидные пикнометры вместимостью 100 и 200 смз (ГОСТ 11723-66).

§ 168. Определение плотности жидкости

Для определения плотности жидкости выполняют три взвешивания: 1) пустого пикнометра; 2) пикнометра, заполненного дистиллированной водой до заданного уровня; 3) пикнометра, заполненного испытуемой жидкостью до того же уровня. Первые два взвешивания позволяют определить вместимость пикнометра, а первое и третье - массу испытуемой жидкости в объеме пикнометра. По полученным данным подсчитывают плотность жидкости.

Выведем общую формулу для определения плотности жидкости при помощи пикнометра, когда вода и жидкость имеют разную температуру.

Примем следующие обозначения:

тх - масса гирь, уравновешивающих пустой пикнометр в воздухе плотностью Di;

1112 - масса гирь, уравновешивающих пикнометр с дистиллированной водой в воздухе плотностью D2 при температуре t2,

гпз - масса гирь, уравновешивающих пикнометр с испытуемой жидкостью в воздухе плотностью D3 при температуре з; v - объем стекла пикнометра;

V2 - вместимость пикнометра до заданного уровня при температуре tz, V3 - то же, при температуре 4; Q - плотность дистиллированной воды при температуре 4; - плотность испытуемой жидкости при температуре 4;

Dm - плотность материала, из которого изготовлены гири; Dc - плотность стекла; Р - коэффициент объемного расширения стекла.

Условия равновесия весов при трех указанных выше последовательных взвешиваниях пикнометра можно записать в виде системы трех уравнений

(De-A) = / ,(l-

(De - А)-f 1/. (Р - ZJ = m, (1 - )

V (De - D,) + 1/3 ( р,. - Д) = / 3 (l - )

(120)

Определив из первого уравнения (120) значение v и подставив его во второе и третье уравнения, получим

* 1 - -

Величины 12 и Уз связаны между собой зависимостью

з=1/Л1+Р а-а 023)

Разделив почленно уравнение (122) на (121) и учтя выражение (123), получим

Р^а ~ в

откуда для искомой плотности жидкости найдем окончательно

(124)

где Л^==

Выражение (124) учитывает все величины, влияющие на результат измерения плотности, и поэтому обеспечивает наивысшую точность измерения.

В ряде случаев при введении определенных условий формула (124) может быть значительно упрощена. Если плотность воздуха

на протяжении периода, в течение которого выполняют взвешивания, остается постоянной, т. е. Di=D2=Dz=D, то формула (124) принимает вид

P,-=5f;-(p-iD)[l + P(2-4)] + a (125)

Обычно при работе с пикнометром выдерживают одинаковую температуру воды и жидкости, что дополнительно упрощает приведенную выше формулу. Действительно, при 4==

/ 2- 1

Плотность воздуха, входящую в формулы (124)-(126), определяют в соответствии с указаниями § 160.

§ 169. Определение плотности твердого тела

При измерении плотности твердого тела пикнометрическим методом также выполняют три.взвешивания: 1) испытуемого тела в воздухе; 2) пикнометра, наполненного дистиллировннной водой или какой-либо другой вспомогательной жидкостью известной плотности; 3) пикнометра, наполненного той же жидкостью с погруженным в нее испытуемгм телом, причем в обоих случаях жидкость наливают до одного и того же уровня.

Уравнения равновесия при указанных взвешиваниях запишутся следующим образом:

y(p,-D) = M(l-)

где V - объем стекла пикнометра;

Vq - вместимость пикнометра до заданного уровня; V - объем испытуемого тела; т - масса пустого пикнометра; М - масса гирь, уравновешивающих тело в воздухе; nil - масса гирь, уравновешивающих пикнометр со вспомога-I тельной жидкостью;

тг - масса гирь, уравновешивающих пикнометр с жидкостью

и погруженным в нее телом; /По - масса гирь, уравновешивающих пустой пикнометр; Q - плотность вспомогательной жидкости; Qt - плотность испытуемого тела;

Ь - средняя плотность воздуха во время взвешиваний; £>м - плотность материала, из которого изготовлены гири.