Манометричним способом

У випадках, коли відсутня пікнометрична рідина, або неможливо її підібрати, густину пилу можна визначити манометричним методом, або методом витиснення повітря.

Манометричний метод визначення густини пилу базується на законі Бойля-Маріотта, відповідно до якого добуток тиску на об’єм маси газу залишається постійним. Якщо об’єм замкненого простору V ₁, заповненого газом під атмосферним тиском В, зменшити на відоме невелике значення об’єму V, то тиск газу в цьому просторі збільшиться на величину Δ Р ₁.

(2)

звідки

. (3)

Якщо в той же замкнений простір об’ємом V ₁, внести певну кількість пилу масою G_п, який займає об’єм V ₀, то об’єм газу в цьому просторі зменшиться до значення

V ₂ = V ₁ – V ₀. (4)

Якщо з простору об’ємом V ₂ витиснути той же самий об’єм газу V, як і в першому дослідженні, то тиск газу в просторі об’ємом V ₂ збільшиться на величину Δ Р ₂, при цьому Δ Р ₂ > Δ Р ₁

(5)

звідки

. (6)

Якщо значення V ₁ з формули (3) і значення V ₂ з формули (6) підставити у формулу (4), то можна визначити об’єм V ₀, який займає пил масою G_п

(7)

Таким чином, виміряні значення Δ Р ₁ і Δ Р ₂ дають можливість визначити об’єм пилу V ₀. Якщо відомі об’єм і маса пилу, то можна визначити його густину

. (8)

Модель для визначення густини матеріалу часток пилу манометричним способом (рис. 2) має вимірювальну колбу 5, яка з’єднана з рідинним манометром 2 і 3 та резервуаром 7 із мірною трубкою 6. Резервуар 7 і манометр 2 і 3 через крани 8 і 9, з’єднуються з напірною колбою 1. Кран 4 дає змогу вирівнювати тиск у приладі з атмосферним. Через кран 9 рідину зливають з приладу.

Рис. 2 Схема моделі для визначення густини матеріалу часток пилу манометричним способом: 1 – напірна скляна колба; 2,3 – трубки рідинного манометра; 4,8,9,10 – крани; 5 – вимірювальна колба; 6 – мірна трубка; 7 – резервуар;

Порядок проведення досліджень. Напірну скляну колбу заповнюють манометричною рідиною з відомою густиною, наприклад метиловий ефір бензойної кислоти, який має малу в’язкість і малий тиск пари. Якщо густина манометричної рідини не відома, то її визначають за допомогою денсиметра.

1. Після заповнення напірної скляної колби 1 манометричною рідиною, модель перевіряють на герметичність. Для цього відкривають крани 4, 8 та 10, і піднімають напірну колбу 1 до тих пір, поки рідина в манометрі 2 і 3 підніметься до нульової позначки, після чого крани 4 і 10 закривають. Після цього напірну колбу 1 піднімають ще вище, поки рідина в мірній трубці 6 підніметься до верхньої позначки мірної шкали, після чого закривають кран 8. Якщо упродовж 1 години різниця тисків в манометрі зміниться не більше, ніж на 1 мм стовпа рідини, то модель можна вважати герметичною. В іншому випадку необхідно ліквідувати нещільності і перевірити модель на герметичність ще раз.

2. Далі здійснюють калібрування резервуара 7 та мірної трубки 6. Для цього відкривають крани 4 і 8, і піднімають напірну колбу 1 до тих пір, поки рідина в резервуарі 7 досягне позначки «Б», після чого кран 8 закривають. Далі відкривають кран 9 і спускають рідину в резервуарі 7 до позначки «А». Випущена через кран 9 рідина збирається у ємкість, маса якої визначається заздалегідь.

Далі зважують ємкість разом із манометричною рідиною, після чого визначають об’єм резервуара 7 за формулою:

, (9)

де V_р – об’єм резервуара 7, см³;

G_р – маса манометричної рідини, г;

ρ _р – густина манометричної рідини, г/см³;

Калібрування резервуара проводять один раз при заміні трубки, а герметичність моделі перевіряють перед кожним дослідженням.

3. Перед початком проведення досліджень, відкривають крани 10, 8 і 4 і піднімають напірну колбу для встановлення нульової позначки в трубках 2 і 3 рідинного манометра, а також у мірній трубці 6, після чого крани 4 та 10 закривають. При цьому, нульова позначка в мірній трубці 6 співпадає з позначкою «А» резервуара 7. Далі, піднімаючи напірну колбу 1 до тих пір, поки рідина в резервуарі 7 досягне позначки «Б», після чого кран 8 закривають. Таким чином, в порожній вимірювальній колбі 5 зменшиться об’єм повітря на величину V, яка відповідає об’єму V_р. Далі відкривають кран 10, і піднімають напірну колбу 1, для встановлення рідини на нульовій позначці в трубці 3 рідинного манометра. Після цього беруть відлік тиску h₁ (в мм стовпа рідини) за шкалою трубки 2 рідинного манометра.

4. За допомогою аналітичних терезів зважують пробу пилу (G_п), яку засипають у вимірювальну колбу 5. При цьому, об’єм пилу не повинен перевищувати ⅓ об’єму вимірювальної колби 5. Далі проводять аналогічні маніпуляції, що описані вище, після чого беруть відлік тиску h₂ (в мм стовпа рідини).

5. Надлишковий тиск Δ Р ₁ і Δ Р ₂ в моделі розраховують за формулами (10) та (11) відповідно

; (10)

. (11)

6. Об’єм V ₀, який займає пил масою G_п у вимірювальній колбі 5 розраховують за формулою (7).

7. Густину матеріалу часток пилу розраховують за формулою (8).

Дослідження проводять 2-3 рази. Результати дослідів записують у журнал (Додаток 2). Розбіжність між результатами визначеної густини, не повинна перевищувати 3%.