Содержание
2 Определение истинной плотности
Истинная
плотность
численно равна массе единицы объема
материала в абсолютно плотном
состоянии без пор, пустот и трещин.
Следовательно, истинная плотность
– это плотность вещества, из которого
состоит материал. Для материалов и
изделий, имеющих одинаковый вещественный
состав, истинная плотность одинакова
(кирпич, керамзит).
Для
определения этого показателя используют
предварительно высушенную и
измельченную пробу материала. Чем больше
степень измельчения, тем плотнее
расположение частиц в объеме и,
следовательно, меньше погрешность
опыта.
Навеску
порошкообразного материала 30 г с помощью
воронки переносят в пикнометр
вместимостью 100 см. Порошок заливают
водой примерно на 1,5 см выше уровня
материала и ставят пикнометр на водяную
или песчаную баню в наклонном положении.
Для удаления пузырьков воздуха и
уплотнения порошка смесь кипятят 15 –
20 мин. После этого колбу охлаждают до
комнатной температуры, доливают водой
до метки (по нижнему мениску) и взвешивают
с точностью до 0,1 г.
Затем содержимое
выливают, пикнометр ополаскивают и,
заполнив водой до метки, взвешивают.
Истинную
плотность ρ, г/см , рассчитывают по
формуле
ρ=
m
ρв
/
m
+
m1
– m2
(6)
где
m
–
масса навески порошка, г; ρв
– плотность воды, принимаемая равной
1 г/см3;
mj
– масса пикнометра с водой, г;
m2
– масса пикнометра с навеской порошка
и водой, г.
Пористость
– один из важнейших показателей структуры
любого материала. Общая пористость
материала состоит из объема замкнутых
пор, изолированных от внешней среды, и
открытых (капиллярных), доступных
проникновению воды, газов. В зависимости
от характера пор эксплутацинные свойства
материалов – морозостойкость,
теплопровод-
ность,
звукопоглощение, водонепроницаемость,
коррозионная стойкость различны. При
одинаковой общей пористости свойства
материалов будут зависеть от объема
открытых пор.
Пористость
П, %,
зависит от плотности вещества, из
которого состоит материал – ρ, его
плотности в естественном состоянии –
ρо,
и рассчитывается по формуле
П
= (1 – ρо
/
ρ) · 100 (7)
где
ρо
– средняя плотность, г/см3;
ρ – истинная плотность, г/см3.
Полученные
значения сравнивают с данными таблицы
3.
Таблица
3 – Общая
пористость и пустотность строительных
материалов
Показатель | Материал | |||||||
бетон тяжелый | стекло | сталь | гранит | кирпич керамиче-ский | гравий керамзи- товый | щебень плотный | песок кварцевый | |
Общая | 5 | 0 | 0 | 2 | 25 | 70 | 3 | – |
Пустотность | 40 | 35 | 25 | |||||
Контрольные
вопросы для защиты выполненной
лабораторной работы
1
Какие экспериментальные данные надо
иметь, чтобы рассчитать истинную
плотность материала?
2
От чего зависит истинная плотность
материала?
3
Какие экспериментальные данные надо
иметь, чтобы рассчитать среднюю плотность
материала?
4
Как рассчитать среднюю плотность образца
правильной и неправильной формы?
5
От чего
зависит средняя плотность материала?
6
Истинная
и средняя плотность материала.
Что в
этих показателях общее и что разное?
7
Что такое
насыпная плотность? Как определить этот
показатель?
8
С какой
целью определяют пустотность рыхлозернистых
материалов?
9
Какое
влияние оказывают открытая и замкнутая
пористость на морозостойкость материала?
Перечень
ГОСТов и СТБ, используемых при выполнении
лабораторной работы
1
СТБ 4.201-79. Система показателей качества
продукции. Строительство. Материалы и
изделия теплоизоляционные. Номенклатура
показателей.
2
СТБ 4.211-80. Система показателей качества
продукции. Строительство. Материалы
строительные нерудные и заполнители
для бетона пористые. Номенклатура
показателей.
Лабораторная
работа № 2. Определение водопоглощения
и прочности материалов
Вопросы
допуска к выполнению лабораторной
работы
1
Что такое водопоглощение?
2
От чего зависит водопоглощение?
3
От чего зависит прочность?
4
Как определяют марку прочности материала?
Цель
работы:
Учащийся
должен
приобрести:
1
Навыки:
определения
основных физических свойств строительных
материалов;работы
с используемыми приборами и оборудованием;обработки
результатов испытаний.
2
Умения:
устанавливать
общую зависимость между характеристиками;физических
свойств материалов;анализировать
полученные результаты, оценивать
влияние структуры исследуемых
материалов на их эксплутационные
свойства;делать
выводы о рациональном применении
материалов;Полученные
данные заносят в таблицу 1.
Таблица
1 – Физико-механические свойства
материалов
Наименование | Единица Измерения | Материал | |
Кирпич | Пеносиликат | ||
Водопоглощение | % | ||
Предел | МПа | ||
Используемые
приборы и оборудование:
1
Лабораторные
и настольные циферблатные весы.
2
Емкость
для кипячения образцов.
3
Баня
песчаная или водяная.
4
Шкаф
сушильный.
5
Гидравлический пресс.
Пикнометры | Определение истинной плотности веществ
Плотность – это один из фундаментальных параметров, описывающих физические свойства твердых материалов. Она определяется как отношение массы сухого образца к его объему:
d = m/V
В порометрии различают несколько видов плотности:
Объемная плотность — плотность, определяемая внешним объемом твердого образца, рассчитанная без вычета присутствующих в нем пустот (открытых и закрытых пор, трещин и щелей)
Истинная плотность – плотность, рассчитанная с вычетом всех присутствующих в твердом образце пустот, за исключением закрытых пор. Эта величина наиболее близка к реальной плотности материала.
Кажущуюся плотность – плотность, рассчитанная по количеству жидкости (например, ртути) проникающей в поры.
Может отличаться от истинной плотности, поскольку ртуть не способна проникнуть в поры размером менее 3.6 нм.
Реальная плотность Объемная плотность
Истинная плотность Кажущаяся плотность
Для измерения плотности пористых и непористых твердых материалов обычно используются следующие методы:
- Метод вытеснения жидкости
- Метод ртутной порозиметрии
- Метод вытеснения газа
Все указанные выше методы основаны на проникновении текучей среды в поры материала для заполнения всего объема пор. Данным способом можно определить реальный объем, занимаемый образцом. Главные ограничения использования методов вытеснения жидкости связаны с затруднительностью заполнения жидкостью (водой, этанолом, ртутью) всех пор, так как у некоторых материалов их диаметр может быть очень маленьким, менее 3 нм. Поэтому мы не можем быть уверены, что в ходе эксперимента были заполнены все поры, а значит, определяемая в данном случае плотность является Кажущейся плотностью, и может значительно отличаться от Истинной плотности.
Более того, при использовании методик, требующих высокого давления, некоторые образцы могут сжиматься или разрушаться под давлением, что искажает результаты измерений.
Одним из наиболее точных методов определения плотности является метод вытеснения гелия; на практике этот метод реализуется с помощью Гелиевого Пикнометра. Гелий — это инертный газ, состоящий из молекул очень маленького размера, которые могут проникать даже в самые узкие поры. Высокая теплопроводность гелия и его поведение при комнатной температуре близкое к идеальному газу, делает данную технологию невероятно быстрой и надежной. В случаях, когда не рекомендуется использовать гелий (например, при исследовании активированных углей), может быть использован другой инертный газ, например азот.
При использовании метода вытеснения гелия, хорошо высушенный, взвешенный образец помещается в измерительную камеру, откалиброванную по объему. Гелий (или другой инертный газ), под определенным давлением, подается в эталонную камеру известного объема и затем перемещается в измерительную камеру с образцом.
Когда давление стабилизируется, снимаются экспериментальные данные и вычисляется объем помещенного материала. Зная массу образца, можно рассчитать его истинную плотность.
Значение плотности порошков: объемная плотность против. Истинная плотность частиц
Какова плотность материала?
Что означает «плотность»?
Как мы измеряем плотность?
Проблемы измерения плотности:
Предположения:
В чем разница между точностью и точностью?
Точность плотности:
Точность плотности:
Какая точность измерения плотности требуется?
Какова плотность порошков?
Насыпная плотность порошков:
Как измеряется объемная плотность порошков:
Истинная плотность частиц порошков:
Как измеряется истинная плотность частиц порошков:
Что такое плотность микросфер?
Источники:
Поделись этим:
Какова плотность материала?
Фото Karolina Grabowska с сайта Pexels
Прежде чем говорить конкретно об измерении плотности порошков, давайте рассмотрим понятие измерения плотности в целом.
Что означает «плотность»?
Согласно Британской энциклопедии плотность определяется как масса единицы объема материального вещества. Формула плотности вещества: d = m / V , где d — плотность вещества, d — масса, а V — занимаемый им объем.
Измерение плотности обычно выражается в граммах на кубический сантиметр (г/см3) или (г/см3) или граммах на миллилитр (г/мл). Однако иногда его указывают в килограммах на кубический метр (кг/м3) или в килограммах на литр (кг/л).
Плотность зависит от температуры и давления, которые необходимо указать, если значение плотности должно быть известно с высокой точностью. Наличие примесей в том же объеме, таких как соленость воды, также будет влиять на плотность.
Как мы измеряем плотность?
Поскольку плотность является производным свойством, которое определяется на основе взаимосвязи двух других характеристик материала, веса и объема, ее обычно не измеряют напрямую.
Он вычисляется или выводится. Это зависит от того, что у нас есть надежное и точное измерение веса материала и соответствующего объема.
Задача выполнения этих измерений и расчетов кажется достаточно простой. Нам просто нужны точные весы и хороший способ измерения объема. В чем подвох?
Трудности измерения плотности:
Фото Лины Кивака с сайта Pexels
Загвоздка в том, что для многих материалов очень трудно, если вообще возможно, измерить вес и объем достаточно точно, чтобы позволяют разделить два измерения и рассчитать плотность с достаточной точностью и надежностью, необходимой для проекта.
Кроме того, мы делаем несколько критических допущений при измерении плотности.
Предположения:
- Мы предполагаем, что материал однороден на всем протяжении, все его части имеют одинаковую плотность. Например, мы предполагаем, что на поверхности или внутри материала нет воздушных карманов или поглощенной влаги. Очень немногие материалы в мире настолько чисты, однородны и однородны во всем.
- Мы предполагаем, что материал, состоящий из частей или компонентов, имеет идеальную упаковку, а компоненты идеально подходят друг к другу. Это определенно не относится к порошкам и любой ситуации, когда одновременно измеряется более одной части.
- Мы предполагаем, что межчастичная изменчивость отсутствует. Это может означать, что каждая крупинка соли или каждая горошинка перца в нашем образце по своей плотности идентичны всем остальным.
Эти предположения оправданы в большинстве случаев и могут быть приемлемы, когда требуется только грубая оценка плотности. Знание этих предположений также помогает нам понять ограничения точности и прецизионности измерения плотности.
В чем разница между точностью и точностью?
Фото Национального института рака на Unsplash
Плотность Точность:
Точность относится к тому, насколько надежным и последовательным является измерение. Является ли воспроизводимым и воспроизводимым ? Если два разных человека измерят его или используют две разные машины, насколько различны будут измерения? Что, если один и тот же человек несколько раз измерит один и тот же образец на одном и том же приборе, насколько различны будут результаты измерений? Насколько репрезентативна выборка? Изменится ли измерение, если будет взята другая проба?
Чем ближе измерения друг к другу, тем выше точность измерения.
Плотность Точность:
В то время как точность сравнивает, насколько близки измерения друг к другу или насколько велики различия между измерениями, точность относится к тому, насколько близки измерения к «истинному» значению. Например, если мы измеряем плотность как 1,00 г/куб. см, и наши измерения надежны и воспроизводимы, они точны. Но если фактическая плотность материала составляет 1,20 г/куб. см, наши измерения не очень точны.
Чем ближе измерение к фактическому значению, тем выше точность измерения.
Откуда мы знаем фактическое значение? Часто нет. Наши измерения объема и массы зависят от уровней калибровки нашего оборудования. Калибровка оборудования зависит от используемых калибровочных стандартов и процедур. Калибровочные стандарты сами по себе несут определенный уровень неопределенности. Невозможно провести измерение, которое было бы бесконечно точным и точным. Всегда есть какая-то степень погрешности.
Какая точность измерения плотности требуется?
Photo by Jean Papillon on Unsplash
Нужно ли нам знать плотность материала грубо и приблизительно, просто чтобы получить относительное представление о том, насколько он тяжел, или нам нужно знать плотность точно с точностью до много значащих цифр, потому что это критическая переменная в конструкции нашего медицинского устройства, системы доставки лекарств, эксперимента по моделированию частиц, изоляции биологической клетки или эксперимента по визуализации потока жидкости?
Бусины маркера плотности являются примером микросфер прецизионной плотности, которые используются в основном в биотехнологической промышленности для создания градиентов плотности, которые необходимы для разделения и очистки биологических клеток, вирусов и субклеточных частиц. Обычно используется набор из нескольких шариков маркеров плотности, охватывающих диапазон плотностей. Градиент калибруется с помощью шариков, которые плавают на разной высоте в колонке.
Когда тестовый образец добавляется в колонку, он падает до точки нейтральной плавучести, а плотность определяется по калибровочной диаграмме.
Эти частицы прецизионной плотности с цветовой кодировкой имеют решающее значение для разделения биологических клеток на основе их плотности, что делает критически важными как точность, так и правильность плотности каждой частицы.
Исследователи и инженеры постоянно подталкивают производителей химической продукции к разработке материалов и методов измерения, обеспечивающих все более высокую точность измерения плотности материалов. Они также подталкивают нас к производству материалов с высокой точностью, точностью и настраиваемой плотностью.
Какова плотность порошков?
Здесь все становится сложнее. Нужно ответить на множество вопросов. Необходимо сделать много предположений о плотности порошка.
Фото Eva Elijas из Pexels
Порошок состоит как минимум из тысяч, а часто из миллионов, миллиардов, триллионов и т.
д. мелких частиц, которые могут сильно различаться по форме, размеру и даже плотности.
Проблемы с точным измерением плотности порошков начинаются с отбора статистически значимой и репрезентативной пробы порошка. Отбор проб порошков сам по себе является искусством и наукой по следующим причинам:
- Агрегация: В зависимости от размера и свойств поверхности порошкообразные частицы склонны агрегировать и слипаться независимо от того, сплавлены ли они вместе физически или удерживаются вместе за счет ковалентных сил.
- Сегрегация: Меньшие частицы склонны отделяться от более крупных частиц, падать через промежутки между более крупными частицами и, в конечном счете, скапливаться на дне контейнера, создавая порошкообразную смесь, которая не является однородной по всему объему.
- Электростатические заряды: Мелкие частицы часто проявляют сильные электростатические и электрофоретические силы, которые заставляют их прилипать к поверхностям, которые используются для их транспортировки, что еще больше усложняет решение проблем агрегации и сегрегации, описанных выше.
- Однородность: Зная, что статистически маловероятно, чтобы образец мелких частиц был абсолютно однородным, как мы можем гарантировать, что все различные частицы точно представлены в нашем образце?
Поскольку ответы на приведенные выше вопросы и предположения не всегда ясны, а задействованные переменные часто не могут полностью контролироваться, существует множество способов определения плотности порошков, в зависимости от того, на какой конкретный вопрос мы пытаемся ответить и какую информацию мы ищем.
Насыпная плотность порошков:
Насыпная плотность определяется просто как измерение массы материала на единицу объема. Однако, когда мы говорим о плотности порошков, насыпная плотность уже не является значимой величиной, поскольку даже если масса материала постоянна, объем , который занимает порошок, может широко варьироваться в зависимости от того, как упакован порошок. Более того, насыпная плотность порошков может меняться со временем, так как порошок оседает в контейнере и занимаемый им объем становится меньше, а вес остается прежним.
Форма частиц также влияет на объемную плотность, так как форма влияет на способность отдельных частиц вкладываться в другие частицы… Некоторые материалы гигроскопичны и вытягивают воду из атмосферы, что может резко изменить объемную плотность материала. Поверхностное трение или статический заряд материала также могут влиять, хотя и незначительно, на его объемную плотность. 1
Объемную плотность можно рассматривать как среднюю плотность определенного объема порошка в определенной среде при определенных условиях.
Как измеряется объемная плотность порошков:
Насыпная плотность при вибрации (или постукивании) относится к объемной плотности порошка, когда контейнер, наполненный порошком, подвергается непрерывной вибрации или постукиванию. Когда они вибрируют, отдельные частицы сближаются и достигают максимальной эффективности упаковки, что делает порошковый материал более плотным, что приводит к самой высокой объемной плотности для этого конкретного порошка и создает воспроизводимые измерения.
Объемная плотность при вибрации или постукивании является хорошим приближением плотности порошка после того, как он находился и сжимался в контейнере в течение значительного периода времени.
Насыпная плотность означает насыпную плотность порошка, измеренную при насыпании порошкообразного материала в контейнер. Процесс заливки помогает разрушить или уменьшить проблемы агрегации, сегрегации и электростатических зарядов, а также помогает сделать порошок более однородным. Поскольку процесс заливки создает очень рыхлую структуру частиц, он дает измерение более низкой объемной плотности. Насыпная плотность является хорошим приближением плотности порошка, поскольку он проходит через производственный процесс и транспортируется или перемещается между контейнерами или процессами.
Насыпная плотность аэрированного порошка – это объемная плотность порошка, измеренная при аэрировании порошка. Измерение объемной плотности аэрированного газа может быть важно знать по разным причинам, в том числе для правильного определения размеров или анализа систем пневмотранспорта.
1
Крайне важно знать, как измерялась насыпная плотность порошка, чтобы грамотно и осознанно использовать эту информацию.
Истинная плотность частиц порошков:
Истинная плотность частиц (также известная как скелетная плотность) представляет собой неотъемлемое физическое свойство материала и, в отличие от насыпной плотности порошков, не зависит от размера частиц, формы или степени уплотнения и упаковки порошка. Истинная плотность частиц не изменится со временем.
Предполагая, что материал имеет высокую степень однородности, можно надежно определить химический состав материала, если известна его истинная плотность частиц. Например, если мы смотрим на стеклянные микросферы, но не знаем, что это за стекло, мы можем сделать точную оценку состава, измерив истинную плотность частиц. Плотность стекла SodaLime составляет 2,5 г/куб.см, боросиликатного стекла – 2,2 г/куб.см, стекла из титаната бария – более 4 г/куб.см. Если мы знаем, что плотность поли(метилметакрилата) или ПММА составляет приблизительно 1,2 г/см3, но размеры наших акриловых частиц немного выше или ниже, это хороший признак того, что мы, вероятно, имеем дело с сополимером.
Знание истинной плотности частиц позволяет ученым и инженерам точно моделировать и прогнозировать характеристики этих частиц в конкретных приложениях.
Как измеряется истинная плотность частиц порошков:
Традиционные методы измерения объема по закону вытеснения жидкости Архимеда представляют собой проблему при измерении истинной плотности частиц порошков. Причина этой трудности заключается в том, что нам необходимо точное измерение истинного объема, занимаемого самими частицами 9 .0039, исключая любые потенциальные внутренние пустоты, трещины или поры на поверхности частиц. Жидкости могут проникать в эти неровности в непрерывности частицы и вызывать серьезные ошибки при измерении кажущегося объема, когда плотность оценивается по вытеснению жидкости.
Для точного и точного измерения истинной плотности частиц важно, чтобы все воздушные карманы, пустоты и/или поры в упаковке порошка или на поверхности самого материала учитывались и вычитались при измерении объема частиц (истинный объем) .
Все сферы от Cospheric LLC имеют измерения плотности, отслеживаемые NIST. Предпочтительным газом для измерения истинной плотности частиц порошков является газообразный гелий. Из-за своего небольшого размера газообразный гелий проникает через поверхность примерно на один ангстрем, что позволяет с большой точностью измерять объемы порошка. Измерение плотности с помощью вытеснения гелия часто позволяет выявить наличие примесей и закупоренных пор, которые невозможно определить никаким другим методом. 2
Все микросферы Cospheric характеризуются истинной плотностью частиц с использованием нашей запатентованной методики измерения плотности , основанной на газовой пикнометрии, откалиброванной NIST, и высокоточной шкале, откалиброванной NIST. Чтобы наилучшим образом удовлетворить исследовательские потребности наших клиентов, каждый продукт Cospheric, предлагаемый для продажи, указан на веб-сайте Cospheric с истинной плотностью частиц как часть описания продукта.
Что такое плотность микросфер?
Микросферы обычно определяются как сферические частицы диаметром от 1 микрона до 1000 микрон (мм). Некоторые микросферы являются естественным побочным продуктом химического процесса. Например, в процессе сжигания угля на тепловых электростанциях образуется летучая зола, содержащая керамические микросферы, состоящие в основном из оксида алюминия и кремнезема. Тем не менее, большинство микросфер на мировом рынке производятся на коммерческой основе как прецизионные инженерные материалы с особыми свойствами и функциональностью. Плотность микросфер является одним из критических свойств микросфер, которые контролируются в процессе производства.
Поскольку микросферы чаще всего используются в качестве компонента системы и смешиваются с другими материалами, истинная плотность частиц (в отличие от объемной плотности) имеет решающее значение для обеспечения того, чтобы микросферы могли диспергироваться и суспендироваться в содержащей их среде.
среде, плавают на дне или опускаются на поверхность.
Cospheric Microspheres Experts
Статьи на этом сайте написаны экспертами по микросферам из Cospheric LLC – ведущего мирового поставщика и производителя прецизионных сферических частиц.
При представлении информации мы обращаемся к широкому кругу источников, уделяя особое внимание рецензируемым техническим статьям, которые публикуются в авторитетных журналах. Наша цель — предоставить вам всестороннее и информированное представление о рынке микросфер, технологиях и приложениях.
Как всегда, наши сотрудники службы технической поддержки доступны по электронной почте , чтобы ответить на любые вопросы, предложить рекомендации по продуктам, предоставить расценки или ответить на запросы по индивидуальному производству. В наличии более 2000 наименований микросфер. Если вы не нашли то, что искали на сайте Cospheric, сообщите нам об этом! Скорее всего, мы сможем порекомендовать альтернативный продукт, отвечающий вашим потребностям.