Описание опытной установки

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 2

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПЛОТНОСТИ ЖИДКОСТИ

ПРИ ПОМОЩИ КАТЕТОМЕТРА

ЦЕЛЬ И МЕТОД РАБОТЫ

-научиться работать с катетометром В - 630;

-определить плотность жидкости с помощью катетометра, используя метод сообщающихся сосудов.

ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ВВЕДЕНИЕ

Плотность жидкости можно определить с помощью сообщающихся сосудов. С этой целью в U – образную трубку (рис. 1) поверх жидкости известной плотности r наливают в

оба колена исследуемую жидкость

неизвестной плотности .

Известно, что столб жидкости

высотой h создаёт так называемое

гидростатическое давление P,

равное

P= gh, (1)

где - плотность жидкости, кг/м ;

g - ускорение свободного падения,

м/с .

Положение уровня жидкости Рис. 1

в колене трубки фиксируется на вертикальной шкале в виде координаты y.

По закону Паскаля во всех точках однородной жидкости, лежащих на одном горизонтальном уровне, давление одно и то же. Это означает, что применительно к рис. 1 давления Р_В и P_Св точках В и С соответственно, лежащих на одном уровне А, который проведён через нижнюю границу раздела двух жидкостей, равны:

Р_В = P_С(2)

Давление Р_Всоздаётся столбом жидкости неизвестной плотности высотой h₃₂ = у₃- у₂ и столбом жидкости известной плотности высотой

h₂₁ = y₂- y₁. Тогда с учётом (1) получаем:

Р_В = gh₃₂ + gh₂₁ = g (y₃- y₂) + g (y₂- y ), (3)

здесь y , y , y - координаты соответствующих уровней (границ раздела между жидкостями).

Давление P_Ссоздаётся столбом жидкости неизвестной плотности . Исходя из уравнения (1), записываем

P_С = gh₄₁= g (y₄- y ), (4)

где h = (y - y ).

Подставляя (4) и (3) в (2), после преобразований получим

= = .

Следовательно, для определения плотности исследуемой жидкости достаточно определить координаты уровней y , y , y , y и вычислить по известной плотности и этим координатам.

Точность результата определяется точностью измерений y , y , y , y и значения .

ОПИСАНИЕ ОПЫТНОЙ УСТАНОВКИ

Принцип работы прибора основан на сравнении измеряемой длины (расстояние между двумя точками объекта) с миллиметровой шкалой прибора путём последовательного визирования визирной трубы на начало и конец измеряемого отрезка.

Катетометр состоит из основания, колонки и измерительной каретки с визирной трубой и отсчётным микроскопом (рис. 2).

Внутри основания 18 на специальных шариках установлена колонка 3. Колонку можно поворачивать вокруг вертикальной оси с помощью рукоятки 16. Микрометрическая подача колонки осуществляется вращением винта 20 при закреплённом винте 21 и отпущенном винте 17.

Измерительная каретка 8, несущая визирную трубу 13 и отсчётный микроскоп, перемещается по колонке на шарикоподшипниках, расположенных под углом 120°. Грубое перемещение каретки по вертикали производится от руки при откреплённом винте 7, точное – с помощью микрометрического винта 4 при закреплённом винте 7. Каретка уравновешена противовесом, расположенным внутри колонки. Противовес соединён с кареткой стальным тросом 10, переброшенным через направляющий ролик 9.

Оптическую систему прибора составляет визирная труба, отсчётный микроскоп и система блока уровня (рис. 2).

Визирная труба, блок уровня и отсчётный микроскоп смонтированы на одной каретке. Визирование на выбранные точки измеряемого объекта осуществляется перемещением каретки по колонке вдоль миллиметровой шкалы, а также вращением колонки вокруг вертикальной оси.

Визирная труба имеет фокусирующую линзу, с помощью которой осуществляется наводка на резкость изображения выбранных точек измеряемого объекта. Фокусирующая линза перемещается вращением маховика II. Внизу на тубусе визирной трубы жестко укреплён высокоточный цилиндрический уровень 14. Уровень согласован с визирной осью визирной трубы так, что при совмещении изображений концов пузырька уровня, как показано на рис. 4, визирная ось принимает строго горизонтальное положение.

Установка визирной трубы в вертикальной плоскости по уровню производится микрометрическим винтом 15.

Наводка на резкость изображений масштабной сетки, штрихов шкалы, измеряемого объекта и пузырька уровня, наблюдаемых в одном поле зрения, производится окуляром 6. Окуляр имеет диоптрийную шкалу с пределами наводки ± 5 диоптрий.