Работа № 11. Аналитические весы.

МЕТОДЫ ВЗВЕШИВАНИЯ

 

Актуальность работы:

Весы одно из главных орудий провизора. Точное взвешивание на аналитических и других типах весов применяется при изготовлении и контроле лекарственных веществ, химических и фармацевтических анализах, в научно-исследовательской работе.

Цель работы:  

Изучить устройство и принцип действия аналитических весов, методы взвешивания. Получить практические навыки работы с весами.

Целевые задачи:

знать: типы весов, устройство весов, виды равновесий, понятие чувствительности весов и цены деления, назначения рейтера и рейтерного механизма, правила обращения с весами и последовательность взвешивания, особые методы взвешивания.

уметь: взвешивать на аналитических весах, проверять чувствительность весов и определять цену деления шкалы, определять поправку по шкале весов, применять особые методы взвешивания.

      План подготовки конспекта:

1. Типы весов.

2. Виды равновесия, момент силы, условие равновесия.

3. Чувствительность весов и цены деления.

4. Демпферные аналитические весы с рейтерным механизмом. Устройство и порядок работы с ними.

5. Весы лабораторные аналитические. Устройство и порядок работы с ними.

6. Проверка чувствительности и определение цены деления шкалы.

7. Определения поправки по шкале.

8. Правила обращения с весами.

9. Особые методы взвешивания.

 

  Вопросы для подготовки к входному тестированию:

1. Что понимают под центром тяжести тела?

2. Каково условие равновесия тела, имеющего ось вращения?

3. Устойчивым равновесием тела называется?

4. Где расположен центр тяжести тела относительно оси вращения при устойчивом равновесии?

5. Где расположен центр тяжести тела относительно оси вращения при безразличном равновесии?

6. Что называется моментом силы относительно оси?

7. Плечом силы называется расстояние между осью вращения и...?

8. Каково условие равновесия рычага?

Принадлежности: аналитические весы с рейтерным механизмом; аналитические весы с демпферным устройством (АД – 200); аналитические весы с электрической подсветкой шкалы (ВЛА – 200); аптечные весы; взвешиваемые тела; разновесы.

 

Теоретические сведения.

Существуют два типа весов – пружинные и рычажные. Их отличие заключается в том, что на рычажных весах определяют массу тела, сравнивая ее с массой гирь, а на пружинных - определяют вес тела.

Равновесие тела, имеющего ось вращения, возможно в том случае, когда вертикаль, проведенная через его центр тяжести, пересекает ось вращения. При этом возможны три случая равновесия: устойчивое; неустойчивое; безразличное.

Тело, выведенное из состояния равновесия, самостоятельно к нему не возвращается, в этом случае говорят о неустойчивом равновесии (а).

  Если же центр тяжести совпадает с осью вращения, то тело находится в равновесии при любом положении. Такой вид равновесия называется безразличным (б).

Устойчивым равновесием тела называют такой вид равновесия, при котором тело, выведенное из состояния равновесия, к нему возвращается. Такое равновесие наблюдается в случае, когда центр тяжести тела расположен ниже оси вращения (с).

Очевидно, что для нормальной работы коромысло весов должно находиться в устойчивом равновесии.

Рассмотрим условия устойчивого равновесия. Тело (рычаг), имеющее ось вращения под действием приложенных сил, будет находиться в равновесии в том случае, если алгебраическая сумма моментов этих сил относительно оси равна нулю, то есть сумма моментов сил вращающих тело (или рычаг) по направлению часовой стрелки, равна сумме моментов сил, вращающих тело против часовой стрелки: М₁=М_2. (рис. 1).

Рис. 11. 1. Диаграмма распределения сил, действующих на коромысло весов

 

Момент силы относительно оси вращения равен произведению численного значения силы Р на плечо l, при условии, что линия действия силы перпендикулярна оси вращения M=Pl. Плечом силы в этом случае называют расстояние между осью вращения и линией действия силы. Например, точка О - ось вращения рычага, Р₁ – сила, приложенная к рычагу в точке В, тогда плечом силы Р₁ является отрезок OВ= OД cos a. Моментом силы М₁ относительно оси О является произведение: Р₁ × (ОД × cos a). в данном случае момент силы М₁= Р₁ × (ОД × cos a) и стремиться повернуть рычаг против часовой стрелки.

Нагрузим весы, для чего поместим на левую чашку весов (точка В) тело весом Р₁, а на правую Р₂=Р₁+р (точка С). Кроме Р₁ и Р₂ на коромысло весов действует вес коромысла р₀, приложенный к центру его тяжести (точка А). Под действием этих моментов сил коромысло весов перейдет из положения равновесия (горизонталь) ВС в положение равновесия ДК.

Обозначим длину плеча коромысла ОВ=ОС= l, расстояние между осью вращения и центром тяжести коромысла EA= h, угол Ð ВОД= Ð КОС =Ð ЕАО =Ð a.

Для этого положения равновесия (линия ДК) алгебраическая сумма моментов всех действующих сил Р₁, Р₂, и Р₀ относительно оси вращения «О» должна быть равна нулю.

     Исходя из этого Р₁ × l × cos a+ P₀ × h × sin a – P₂ × l × cos a =0. Такое положение называется условием равновесия нагруженных весов.

Одной из характеристик аналитических весов является их чувствительность. Сравнивать чувствительность различных весов можно по числу делений, на которое отклоняется конец стрелки весов под действием груза массой m. Поскольку грузы могут быть различными, то чтобы исключить разночтения, за чувствительность весов принимают число делений D n, на которое отклоняется конец стрелки весов под действием грузика равного 10 мг.

Иными словами, за чувствительность весов принимается отношение числа делений D n, на которое отклоняется конец стрелки под действием грузика, к весу р этого грузика:

,                                                                   (1)

Выясним, от чего зависит чувствительность весов. Для этого подставим значение P₂= P₁+ p в условие равновесия нагруженных весов и, учитывая, что P₂ – P₁ = p, получим:

Р ₁ × lcos a + P₀ × hsin a – P₂ × lcos a =0;

P₀ × hsin a – p × lcos a =0.

Разделив на cos a, имеем: Р ₀ × htg a = pl, о тсюда: tga = .

По рис. 1 видно, что вследствие малости Ð a, tg ;

где D n – число делений, на которое отклоняется стрелка по шкале весов под действием грузика р; L - длина стрелки.

Мы получили два уравнения: tg   и tg a= . приравняем правые части: , тогда , и, учитывая (1), получим:

w = .                                                                     (2)

Таким образом, чувствительность весов прямо пропорциональна произведению длины плеча коромысла весов и длины стрелки.

При практическом взвешивании на аналитических весах удобнее пользоваться величиной обратной чувствительности весов и называемой «ценой деления шкалы» C= = [мг/дел], которая показывает, сколько мг приходится на каждое деление шкалы.

Как будет показано ниже, знание «цены деления шкалы», позволяет определить массу тела с точностью до 10^–4 г, т.е. 0,1мг.

В правой части выражения (2) величины Р₀, L, l – неизменные для данного типа весов. Расстояния же от оси вращения до центра тяжести h, можно изменять специальными винтами, расположенными на стрелке весов. Тем самым можно регулировать чувствительность весов, а, следовательно, и цену деления шкалы.