Ареометр или лактометр — это прибор, используемый для измерения плотности или относительной плотности жидкостей на основе концепции плавучести . Они обычно калибруются и градуируются по одной или нескольким шкалам , например, по удельному весу .
Ареометр обычно состоит из запечатанной полой стеклянной трубки с более широкой нижней частью для плавучести , балласта, такого как свинец или ртуть, для устойчивости и узкого стержня с градуировкой для измерения. Жидкость для испытания наливается в высокий контейнер, часто градуированный цилиндр , и ареометр осторожно опускается в жидкость, пока он не будет свободно плавать. Точка, в которой поверхность жидкости касается стержня ареометра, коррелирует с относительной плотностью. Ареометры могут содержать любое количество шкал вдоль стержня, соответствующих свойствам, коррелирующим с плотностью.
Ареометры калибруются для различных целей, например, лактометр для измерения плотности (кремообразности) молока, сахарометр для измерения плотности сахара в жидкости или спиртометр для измерения более высоких уровней алкоголя в спиртных напитках .
Ареометр использует принцип Архимеда : твердое тело, взвешенное в жидкости, удерживается силой, равной весу жидкости, вытесненной погруженной частью взвешенного тела. Чем ниже плотность жидкости, тем глубже погружается ареометр данного веса; стержень калибруется для получения числового показания.
Ареометр, вероятно, восходит к греческому философу Архимеду (III в. до н. э.), который использовал его принципы для определения плотности различных жидкостей. [1] [2] Раннее описание ареометра встречается в латинской поэме, написанной во II в. н. э. Ремнием, который сравнивал использование ареометра с методом вытеснения жидкости , который Архимед использовал для определения содержания золота в короне Гиерона II . [3]
Гипатия Александрийская (ок . 350–370 гг. до н. э .; ум. 415 г. н. э.), выдающаяся греческая женщина-математик, является первым человеком, традиционно связанным с ареометром. [3] В письме Синезий из Кирены просит Гипатию, своего учителя, сделать для него ареометр:
Рассматриваемый инструмент представляет собой цилиндрическую трубку, имеющую форму флейты и примерно такого же размера. Она имеет насечки в перпендикулярной линии, с помощью которых мы можем проверить вес воды. Конус образует крышку на одном из концов, плотно прилегающую к трубке. Конус и трубка имеют только одно основание. Оно называется бариллий. Всякий раз, когда вы помещаете трубку в воду, она остается в вертикальном положении. Затем вы можете легко сосчитать насечки и таким образом определить вес воды. [4]
Согласно « Энциклопедии истории арабской науки» , его использовал Абу Райхан аль-Бируни в XI веке и описал Аль-Хазини в XII веке. [5] Он был заново открыт в 1612 году Галилеем и его кругом друзей и использовался в экспериментах, особенно в Академии дель Чименто. [6] Он снова появился в 1675 году в работе Роберта Бойля (который придумал название «ареометр» ), [3] с типами, разработанными Антуаном Боме ( шкала Боме ), Уильямом Николсоном и Жаком Александром Сезаром Шарлем в конце XVIII века, [7] более или менее одновременно с открытием Бенджамином Сайксом устройства, с помощью которого можно автоматически определять содержание алкоголя в жидкости. Использование устройства Сайкса стало обязательным согласно британскому законодательству в 1818 году. [8]
Ареометр погружается глубже в жидкости с низкой плотностью, такие как керосин , бензин и спирт , и менее глубоко в жидкости с высокой плотностью, такие как рассол , молоко и кислоты . Обычно для ареометров, используемых с плотными жидкостями, отметка 1,000 (для воды) находится в верхней части штока, а для более легких жидкостей — в нижней части. Во многих отраслях промышленности используется набор ареометров (1,0–0,95, 0,95–.), чтобы иметь приборы, охватывающие диапазон удельных весов, которые могут встретиться.
Современные ареометры обычно измеряют удельный вес , но в некоторых отраслях промышленности использовались (а иногда и сейчас используются) другие шкалы. Примеры включают:
Специализированные ареометры часто называют по их назначению: например, лактометр — это ареометр, специально разработанный для использования с молочными продуктами. Иногда их называют этим специальным названием, иногда — ареометрами.
Спиртомер — это ареометр, который показывает крепость спирта в жидкостях, которые по сути являются смесью спирта и воды. Он также известен как ареометр доказательства и Траллеса (в честь Иоганна Георга Траллеса , но обычно неправильно пишется как traille и tralle ). Он измеряет плотность жидкости. Если нет сахара или других растворенных веществ, удельный вес раствора этанола в воде может быть напрямую соотнесен с концентрацией спирта. Сахарометры для измерения смесей сахара и воды измеряют плотность, большую, чем у воды. Многие имеют шкалы, отмеченные объемными процентами «потенциального спирта», основанными на предварительно рассчитанном удельном весе. Более высокое показание «потенциального спирта» на этой шкале вызвано большим удельным весом, предположительно вызванным введением растворенных сахаров или материала на основе углеводов. Показания снимаются до и после ферментации, и приблизительное содержание алкоголя определяется путем вычитания показаний после ферментации из показаний до ферментации. [10]
Это были важные инструменты для определения налога, и можно было указать инструменты конкретного производителя. Бартоломью Сайкс имел монополию в Великобритании, а Мэри Дикас и ее семья пользовались аналогичной монополией в США. [11]
Лактометр используется для проверки чистоты коровьего молока. Удельный вес молока не дает окончательного указания на его состав, поскольку молоко содержит множество веществ, которые либо тяжелее, либо легче воды. Дополнительные тесты на содержание жира необходимы для определения общего состава. Прибор градуирован на сто частей. Молоко наливают и дают постоять до тех пор, пока не образуются сливки, затем глубина отложения сливок в градусах определяет качество молока. Если образец молока чистый, лактометр плавает выше, чем если он фальсифицирован или нечист. [12] [13]
Сахарометр — это тип ареометра, используемый для определения количества сахара в растворе, изобретенный Томасом Томсоном . [14] Он используется в основном виноделами и пивоварами , [15] а также может использоваться при изготовлении сорбетов и мороженого. [16] Первый сахарометр для пивоваров был сконструирован Бенджамином Мартином (с расчетом на дистилляцию) и первоначально использовался для пивоварения Джеймсом Баверстоком-старшим в 1770 году. [17] Генри Трейл перенял его использование, и позже он был популяризирован Джоном Ричардсоном в 1784 году. [18]
Он состоит из большой утяжеленной стеклянной колбы с тонкой ножкой, поднимающейся сверху с калиброванными отметками. Уровень сахара можно определить, считывая значение, где поверхность жидкости пересекает шкалу. Чем выше содержание сахара, тем плотнее раствор, и, следовательно, тем выше будет плавать колба.
Термоареометр — это ареометр, в поплавковую секцию которого встроен термометр . Для измерения плотности нефтепродуктов, таких как мазут, образец обычно нагревают в температурной рубашке с термометром, помещенным за ним, поскольку плотность зависит от температуры. Легкие масла помещают в охлаждающие рубашки, обычно при 15 °C. Очень легкие масла с большим количеством летучих компонентов измеряют в контейнере переменного объема с использованием плавающего поршневого пробоотборника для минимизации потерь легких фракций. [19]
Состояние заряда свинцово-кислотного аккумулятора можно оценить по плотности раствора серной кислоты , используемого в качестве электролита . Ареометр, откалиброванный для измерения удельного веса относительно воды при температуре 60 °F (16 °C), является стандартным инструментом для обслуживания автомобильных аккумуляторов . Таблицы используются для корректировки показаний в соответствии со стандартной температурой. Ареометры также используются для обслуживания никель-кадмиевых аккумуляторов с мокрым элементом, чтобы убедиться, что электролит имеет надлежащую прочность для применения; для этой химии аккумулятора удельный вес электролита не связан с состоянием заряда аккумулятора.
Аккумуляторный ареометр с термометром (термоареометр) измеряет температурно-компенсированный удельный вес и температуру электролита.
Другое применение ареометров в автомобильной промышленности — проверка качества раствора антифриза , используемого для охлаждения двигателя. Степень защиты от замерзания может быть связана с плотностью (и, следовательно, концентрацией) антифриза; различные типы антифриза имеют разные соотношения между измеренной плотностью и точкой замерзания.
Ацидометр, или ацидиметр, — это ареометр, используемый для измерения удельного веса кислоты . [ 20]
Баркометр калибруется для проверки крепости дубильных растворов, используемых при дублении кожи . [21]
Солемер — это ареометр, используемый для измерения солености питательной воды для судового парового котла.
Уринометр — это медицинский ареометр, предназначенный для анализа мочи . Поскольку удельный вес мочи определяется соотношением растворенных веществ (отходов) и воды, уринометр позволяет быстро оценить общий уровень гидратации пациента.
Анализ ареометром — это процесс, с помощью которого сортируются мелкозернистые почвы, илы и глины . Анализ ареометром выполняется, если размеры зерен слишком малы для ситового анализа . Основой этого теста является закон Стокса для падающих сфер в вязкой жидкости, в котором конечная скорость падения зависит от диаметра зерна и плотности зерна в суспензии и жидкости. Таким образом, диаметр зерна можно рассчитать, зная расстояние и время падения. Ареометр также определяет удельный вес (или плотность) суспензии, и это позволяет рассчитать долю частиц определенного эквивалентного диаметра частицы. [22]
.
.jpg/1280px-Hydrometer_in_a_still_(cropped).jpg)
