Физические приборы - Бурсиан Э.В.
Скачать (прямая ссылка):
42 Рис. 41. Массомер.
HCHMOCTfi частоты колебаний груза на пружине от массы: а>= —¦ Массомер для неве-
V т '
сомости состоит из двух пружин, закрепленных, как показано на рисунке 41. Жесткость пружины k должна быть известна.
Плотность твердых тел определяется обычно расчетами jp = или гидростатическим
взвешиванием. Плотность жидкостей измеряют плотномерами (пикнометром, гидростатическими весами, ареометром и др.).
Пикнометр — сосуд строго определенного объема. Для измерения плотности жидкости сначала взвешивают пустой сосуд, затем наливают жидкость до метки и снова взвешивают. Измерение следует производить при строго определенной температуре и учитывать поправку на силу Архимеда в воздухе. Можно использовать пикнометр и для определения плотности твердого вещества, если его можно поместить в жидкость в пикнометре.
Действие гидростатических весов (рис. 37, ё) основано на использовании архимедовой силы. Исследуемое твердое тело взвешивают сначала в воздухе (P), затем в жидкости известной плотности (Pk): Pm= P — Fpt = Vt g (рт — рж), где Fa — сила Архимеда, Vt — объем тела, рт и рж — плотности тела и жидкости. Отсюда
Pt= „ '' рж- (!5)
" гж
Если же определяется плотность жидкости, то в жидкость опускают тело известной плотности и объема, а по выталкивающей силе находят Рж-
(16)
ж Vrg Pn- >
В этом случае шкалу можно проградуировать в единицах плотности жидкости.
Ареометр — прибор для измерения плотности жидкости, основанный на законе плавания тел: P = Fд (обозначения см. выше). Только теперь Fa = ржё^пч. где Vn4 — объем погруженной части тела. Ареометр представляет собой закрытый стеклянный сосуд объемом
V0 (трубка с делениями и грузом внизу) (рис. 42, а). Ареометр погру-
= ¦
\
Y
Рис. 42. Плотномеры (денсиметры): а — ареометр; б — ареометр в отсосе; в — весовой плотномер; г — поплавковый; д — радиоактивный (Jf — источник, 2 — счетчик
Гейгера).
43 ,іается в жидкость тем глубже, чем меньше плотность жидкости (Fa = р). Поэтому цифры на шкале возрастают в направлении сверху вниз. Поскольку Vn4 = V0 + nd% где d — диаметр тонкой трубки, то
P = pAV0+ncPh)g. (17)
Таким образом, шкала ареометра нелинейна, хотя в узком диапазоне рж это почти незаметно. Чувствительность найдем, продифференцировав последнее равенство:
О = Држ (V0 + nd2h) + PxIid2Ah, (18)
откуда
т. е. чувствительность Не всегда в сосуд с метр. Поэтому удобнее
Ah
АРж
V0
nd2 рж
(19)
Рис. 43. Маятник Обер-бека (а) и трифилярный подвес (б) (Т — тело, момент инерции которого надо измерить).
тем больше, чем тоньше верхняя трубка, исследуемой жидкостью можно опустить арео-иметь отсос, куда с помощью резиновой груши набирается немного жидкости (рис. 42, б). Ареометры часто градуируются не в единицах плотности, а в единицах концентрации спирта в воде (спиртометр), в процентах жирности молока (лактометр) и т. д.
В технологических процессах, которые происходят непрерывно, используются другие плотномеры (рис. 42, в, г, д).
Для экспериментального определения момента инерции / — величины, характеризующей распределение массы тела относительно заданной оси вращения (I— ^m/j)_
. і
применяются такие приборы, как маятник Обербека и трифилярный подвес.
Маятник Обербека — устройство, в котором на одной общей оси укреплены стержни с грузами и исследуемое тело (рис. 43, а). Передвигая грузы, можно всю систему отцентрировать, затем привести во вращение с помощью нити, намотанной на барабан, и груза на ее конце. По угловому ускорению ? и моменту приложенной силы M находят' I — Mlf>, затем из полученного полного момента инерции вычитают момент инерции грузов, который легко рассчитать.
Трифилярный подвес — диск, подвешенный на трех нитях, как показано на рисунке 43, б. На диск помещается тело массой т, момент инерции которого относительно наперед заданной оси следует определить. Te-
44 Кладут на Диск Так, чтобы ось Проходила через центр диска ис. 43, б). При закручивании диска он приподнимается, приобретая потенциальную энергию Wp = mgh. При раскручивании эта нергия переходит в кинетическую энергию вращательного движения Wk = — /ша. Из этих соотношений определяют I (значение h
Находится из геометрических соотношений, значение и — по периоду возникающих крутильных колебаний). ГЛАВА II
ПРИБОРЫ МОЛЕКУЛЯРНОЙ ФИЗИКИ
В этой главе рассматриваются приборы, изменяющие и регулирующие давление, температуру, влажность, вязкость и химический состав газов и жидкостей.
§ 14. НАСОСЫ
Насосы, создающие повышенное давление, называются компрессорами, насосы для разрежения — вакуумными насосами.
Главными параметрами насосов являются: давление, которое может создать насос, и его производительность или расход, т. е. количество литров (кубометров), которое он перегоняет из входного патрубка в выходной за секунду (минуту). Произведение перепада давления на расход равно полезной мощности насоса.
На рисунке 44 приведены различные виды насосов, компрессоров и вентиляторов. Поршневые насосы применяются главным образом для создания больших давлений при небольшом расходе. Устройство поршневого насоса с клапанами показано на рисунке. Поршневые насосы иногда используют и для получения неглубокого вакуума. Цилиндр с поршнем может быть заменен резиновым баллоном (грушей), которая то сдавливается, то отпускается (например, насос к пул ьверизатору).
