Ареометр — прибор для измерения плотности¶
Ареометр — это физический прибор, предназначенный для измерения плотности (удельного веса) жидких веществ, чаще всего растворов. Принцип его действия основан на законе Архимеда: тело, погружённое в жидкость, испытывает выталкивающую силу, равную весу вытесненной им жидкости. Ареометр состоит из вытянутого стеклянного корпуса с грузом на нижнем конце и шкалой на верхней части; при погружении в жидкость он всплывает и устанавливается в равновесии на определённой глубине, по которой и считывают показания.
¶История
Прибор известен с античности. Первое описание устройства, аналогичного ареометру, оставил Архимед (III век до н. э.) в связи с легендой о «золотой короне» сиракузского царя Гиерона II. В Европе ареометр вновь появился в XVI веке: в 1592 году его сконструировал итальянский учёный Галилео Галилей, хотя точные детали его прибора не сохранились. В 1675 году французский физик Дени Папен предложил усовершенствованный вариант с поплавком и грузом. В 1768 году английский химик Бенджамин Рамсден сконструировал ареометр с равномерной шкалой, ставший прообразом современных приборов. В России ареометр получил распространение в XVIII веке вместе с развитием виноделия, мукомольного и химического производства; в 1777 году Михаил Ломоносов в труде «Первые основания металлургии или рудных дел» описал прибор для определения плотности растворов.
¶Устройство и принцип действия
Классический ареометр представляет собой стеклянную трубку с расширением в нижней части, заполненную грузом (песком, ртутью или металлическими дробинками) и герметично закрытую сверху. На верхней части корпуса нанесена шкала с делениями, соответствующими значениям плотности. При погружении в жидкость ареометр всплывает до тех пор, пока выталкивающая сила не уравновесит его вес. Чем плотнее жидкость, тем меньше объём погружённой части и тем выше ареометр всплывает — по шкале считывается меньшее значение плотности.
Шкала ареометра неравномерна: деления сжаты в верхней части (плотные жидкости) и расширены в нижней (разбавленные), так как объём погружённой части обратно пропорционален плотности.
¶Виды ареометров
По назначению различают несколько типов приборов:
| Тип | Назначение | Шкала |
|---|---|---|
| Ареометр спиртометр | Определение крепости спиртных напитков | В объёмных процентах или градусах Триале |
| Ареометр лактометр | Измерение плотности молока | В градусах ареометрической шкалы |
| Ареометр сахарометр | Определение концентрации сахарного сиропа | В градусах Брикса |
| Ареометр кислотомер | Определение плотности кислотных растворов | В градусах ареометрической шкалы |
| Ареометр щелочемер | Определение плотности щелочных растворов | В градусах ареометрической шкалы |
| Универсальный ареометр | Общие измерения плотности жидкостей | В кг/м³ или г/см³ |
¶Применение
Ареометр широко используется в промышленности, сельском хозяйстве и лабораторной практике. В виноделии и пивоварении с его помощью определяют содержание сахара в сусле и крепость готового продукта. В аккумуляторной промышленности ареометр применяют для контроля плотности электролита, что позволяет судить о степени заряженности батареи. В нефтепереработке прибор используется для определения плотности нефтепродуктов. В медицине лактометр помогает оценивать качество молока. Ареометр также применяется в гидрометеорологии для измерения солёности морской воды.
¶Погрешность измерений
Точность ареометра зависит от нескольких факторов: правильности калибровки шкалы, температуры измеряемой жидкости (плотность меняется с температурой), чистоты стекла и вязкости жидкости. Большинство ареометров рассчитаны на измерение при температуре 20 °C; при отклонении температуры производят поправку по специальным таблицам или используют термокомпенсированные приборы. Погрешность типичного лабораторного ареометра составляет ±0,001 г/см³, промышленных образцов — до ±0,0005 г/см³.
¶Ареометр и другие приборы
На основе принципа ареометра работают также ареометры-пикнометры и гидрометры. В современной аналитике ареометр постепенно вытесняется более точными приборами — плотномерами (денсиметрами), работающими на принципе колебательного кварцевого резонатора или измерения вязкости, однако ареометр сохраняет популярность благодаря простоте, дешевизне и отсутствию необходимости в источниках питания.
¶Интересные факты
- В 1783 году французский химик Жозеф Луи Пруст с помощью ареометра установил закон постоянства состава химических соединений.
- В русском языке существует поговорка «ареометр не обманешь», связанная с объективностью показаний прибора.
- Специальные ареометры-гидрометры используются для измерения плотности почвы при оценке её плодородия.
Источники:
- «Большая советская энциклопедия», статья «Ареометр»
- «Химический энциклопедический словарь», под ред. И. Л. Кнунянца
- Ломоносов М. В. «Первые основания металлургии или рудных дел», 1777
- Папен Д. «Новый способ получения очень горячей воды», 1675
- Галилей Г. «Беседы о двух новых науках», 1638