Исследование физических свойств
Задание 1.Определение истинной плотности материала
Цель работы: изучить метод определения "истинной" плотности вещества природного или искусственного каменного материала при помощи метода Ле-Шателье.
ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ
"Истинная" плотность ρ г/см3, кг/м3 – масса единицы объема вещества в абсолютно плотном состоянии:
.
"Истинную" плотность можно определить с помощью объемомера Ле-Шателье или пикнометра. Ее величина будет зависеть от атомных масс элементов, входящих в состав вещества.
ТЕХНИКА И МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТА
При испытании горных пород и щебня куски камня или зерна щебня измельчают сначала до крупности менее 5 мм, перемешивают и сокращают пробу до 150 г. Затем полученную пробу измельчают в порошок. При испытании песка 200 г материала просеивают через сито с размером отверстий 5 мм. Перед испытанием подготовленные пробы природных материалов высушивают до постоянной массы при температуре 105 … 110оС и охлаждают в эксикаторе.
Испытание проводят на приборе Ле-Шателье (рис. 2).
А б
Рис.2. Прибор Ле-Шателье (а) и вид прибора в рабочем состоянии (б):
1 - объемомер; 2 - сосуд с водой; 3 - штатив; 4 - термометр
Прибор заполняют до нижней нулевой отметки инертной по отношению к испытуемому материалу жидкостью (водой, керосином, спиртом). Уровень жидкости в приборе определяют по нижнему мениску. Навеску материала через воронку прибора всыпают небольшими порциями до тех пор, пока уровень жидкости в приборе не поднимется до риски с делением 20 мл. Затем взвешивают остаток материала, не вошедшего в прибор, и рассчитывают "истинную" плотность ρ в г/см3 по формуле
,
где m1 - масса навески до испытания, г;
m2 - масса остатка, г;
V - объем жидкости, вытесненной материалом, мл.
ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ
Оборудование и принадлежности.
· Прибор Ле-Шателье;
· Весы электронные;
· Стаканчик для взвешивания иди фарфоровая чашка;
· Шкаф сушильный, объем камеры 100 л.;
· Сито с размером отверстий 5 мм.
1. Проверить начальный уровень жидкости в приборе.
2. От подготовленной пробы отвесить в фарфоровой чашке 90 … 100 г порошка материала.
3. Высыпать порошок небольшими порциями в прибор до тех пор, пока уровень жидкости не поднимется до риски с делением 20 мл.
4. Удалить пузырьки воздуха вращением прибора вокруг его вертикальной оси и при необходимости добавить порошок.
5. Взвесить остаток порошка материала.
ОПРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ ЭКСПЕРИМЕНТА
Величину "истинной" плотности вычисляют с точностью до 0,01 г/см3 как среднее арифметическое двух определений, расхождение между которыми не должно превышать 0,02 г/см3. В случаях больших расхождений производят третье определение и вычисляют среднее арифметическое двух ближайших значений.
СОДЕРЖАНИЕ И ОФОРМЛЕНИЕ ОТЧЕТА О РАБОТЕ
Отчет составляется в тетради и содержит название, цель работы, расчетные формулы и результаты опытов.
ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОПРОВЕРКИ
1. Что называется "Истинной" плотностью?
2. С помощью каких приборов определяют "истинную" плотность?
3. От каких факторов зависит "истинная" плотность?
Задание 2. Определение средней плотности.
Цель работы: изучить методы определения средней плотности материалов правильной и неправильной геометрической формы.
ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ
Средняя плотность ρо кг/м3, г/см3 масса единицы объема материала в естественном состоянии, то есть с учетом всех пор:
.
Среднюю плотность в зависимости от формы материала можно определить стереометрическим методом либо способом гидростатического взвешивания. Величина средней плотности зависит от пористости и влажности материала и у различных материалов может меняться в широких пределах, например, у стеклопора – 10 … 20 кг/м3, легких бетонов – 500 … 1800 кг/м3, базальта – 2900 … 3000 кг/м3.
ТЕХНИКА И МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТА
Сущность метода заключается в определении массы, измерении объема, включающего поры и пустоты и вычисления средней плотности материала как отношения массы к объему.
Средняя плотность материалов определяют на целом изделии, на образцах правильной или неправильной геометрической формы. Образцы могут иметь форму куба, параллелепипеда или цилиндра и размер по наименьшему измерению не менее 50 мм.
Среднюю плотность дырчатых, пустотелых, пористо-пустотелых изделий определяют только на целых изделиях.
Образцы неправильной формы, отколотые от целого изделия, должны иметь массу не менее 300 г каждый.
Навеска щебня крупностью до 40 мм должна иметь массу около 2,5 кг.
Образцы любой формы со стороной размером до 100 мм измеряют с точностью до 0,1 мм, размером 100 мм и более с точностью до 1 мм. Образцы массой менее 500 г взвешивают с точностью до 0,1 г, а массой 500 г и более – с точностью до 1 г.
Испытание проводят на образцах, высушенных до постоянной массы при температуре 105 … 110оС.
Среднюю плотность образцов правильной формы ρо в г/см3 вычисляют по формуле
,
где m - масса образца, г;
V - объем образца, вычисленный по геометрическим размерам, см3.
При испытании материалов неправильной формы их объем определяют с помощью гидростатического взвешивания. Для этого высушенные до постоянной температуре образцы насыщают водой путем кипячения их в ней в течение 2 часов или путем погружения образцов в воду и выдержкой в ней в течение 24 часов при комнатной температуре. Насыщенные образцы вынимают из воды, удаляют влагу с их поверхности влажной тканью и взвешивают сначала на обычных электронных весах, а затем на гидравлических.
Среднюю плотность ρо в г/см3 вычисляют по формуле
,
где m - масса образца в сухом состоянии, г;
m1 - масса водонасыщенного образца на воздухе, г;
m2 - масса водонасыщенного образца в воде, г;
ρв - истинная плотность воды, равная 1 г/см3.
Образцы неправильной формы с мелкими открытыми порами вместо насыщения водой разрешается покрывать пленкой парафина толщиной около 1 мм. Для этого высушенный и взвешенный образец погружают в разогретый парафин и охлаждают, затем взвешивают сначала на воздухе, затем в воде.
Среднюю плотность ρо в г/см3 вычисляют по формуле
,
где m – масса сухого образца, г;
m1 - масса парафинированного образца на воздухе, г;
m2 - масса парафинированного образца в воде, г;
ρn - "истинная" плотность парафина, равная 0,93 г/см3;
ρв - "истинная" плотность воды, равная 1 г/см3.
ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ