ANALITIČKA VAGA
Download
Report
Transcript ANALITIČKA VAGA
Uvod u laboratorijski rad
MERENJE MASE
– ANALITIČKA VAGA -
Profesor Dragica M. Minić
E-mail: [email protected]
www.dragicaminic.info
Telefon: +381 11 3336 689
Masa je jedno od osnovnih svojstava
supstance i jedna od osnovnih veličina
mehanike.
Masa je mera za inerciju tela;
telo manje mase se manje opire
promeni stanja kretanja.
Jedinica za masu u Međunarodnom
sistemu mera je kilogram, kg.
Osnovne fizičke veličine
Fizička
veličina
SI
Sistem
Naziv
Oznaka
Naziv
Oznaka
Dužina
l
metar
m
Masa
m
kilogram
kg
Vreme
t
sekunda
s
Jačina električne struje
I
amper
A
Termodinamička
temperatura
Količina supstance
T
kelvin
K
n
mol
mol
Svetlosna jačina
Iv
kandela
Cd
Kilogram je jedinica mase.
Kilogram je masa međunarodne pramere
(etalona) kilograma.
Originalno kilogram je bio definisan kao masa čiste vode
na temperaturi od 3,98 oC kada voda ima najveću gustinu
na standardnom atmosferskom pritisku.
1885. Kilogram je masa međunarodnog prototipa
kilograma (BIPM) koji je napravljen od legure 90% platine
i 10% iridijuma gustine 21500 kg m-3 u obliku cilindra čija
su visina i prečnik nominalno 39 mm, tako da mu je masa
tačno 1 kilogram.
Standard mase je masa etalona od platine sa 10%
iridijuma koja odgovara masi jednog kubnog
decimetra hemijski čiste vode pri temperaturi
od 3.980C i pritisku od jedne atmosfere (0,1 MPa).
Međunarodni prototip
kilograma, Sevr, Francuska
1985. Međunarodni komitet za tegove i
mere (CIPM) definisao je kilogram kao
jedinicu mase koja je jednaka
međunarodnom prototipu kilograma.
1989 definicija je dopunjena: kilogram je
jedinica mase koja je jednaka
međunarodnom prototipu kilograma
neposredno posle njegovog čišćenja
primenom BIPM metoda
Skica zvona za čuvanje kilograma
In 1901, the International Committee of Weights
and Measures (CIPM) defined the kilogram thus:
"The kilogram is the unit of mass; it is equal to the
mass of the international prototype of the
kilogram." Initially the CIPM definition made no
provision for cleaning procedure, but in 1989 the
definition of the kilogram was interpreted to mean
that a kilogram is equal to the international
prototype of the kilogram "just after cleaning and
washing using the BIPM method." The kilogram is
the last unit of the System International of'Unites
(SI) that is still defined by an artifact. National
Prototype Kilogram No. 20 is traceable to the
International Prototype Kilogram through the
International Bureau of Weights and Measures'
working standards.
BIPM (Francuska) je proizveo 43 prototipa ovog kilograma koji se
nalaze u nacionalnim institucijama, kao što je naš Savezni zavod za
mere i dragocene metale, koji služe kao standarde jedinice mase.
Engleska
Kanada
SAD
Originalno kilogram je bio definisan kao masa čiste vode na
temperaturi od 3,98 oC kada voda ima najveću gustinu na
standardnom atmosferskom pritisku.
1889. Kilogram je masa međunarodnog prototipa kilograma (BIPM)
koji je napravljen od legure 90% platine i 10% iridijuma gustine
21500 kg m-3 u obliku cilindra čija su visina i prečnik nominalno 39
mm, tako da mu je masa tačno 1 kilogram.
Merenje mase se vrši pomoću vage
Zavisno od kapaciteta i preciznosti postoje različite vrste vaga:
decimalna vaga je kapaciteta do 2 kg i preciznosti od 0,1 g,
tehnička vaga je kapaciteta do 600 g i preciznosti od 0,01 g,
precizna vaga ima sličan ili nešto manji kapacitet i preciznost
od 1 mg,
analitička vaga je kapaciteta do 200 g i preciznosti od 0,1 mg,
mikrovaga je kapaciteta do 25 g uz preciznost od 1 g.
Tehnička vaga
Analitička vaga
Većina vaga koje koristimo u laboratoriji
radi na principu pretega i utega
Vage specijalnih namena rade na
principu:
- mehaničke deformacije (opružne i
torzione vage),
- na merenju struje potrebne da se
pokretni elektromagnetni kalem vrati na
svoju nultu poziciju iz koje je pomeren
zbog opterećivanja vage telom čija se
masa meri (elektrovage).
Automatske tehničke vage
Automatske analitičke vage
Pravilno postavljanja analitička vaga
Merni sto sa vagama
Princip rada analitičke vage
Klasična mehanička analitička vaga je poluga na čijem je jednom
kraku dužine L1 nepoznata masa tela M1, a na drugom kraku dužine
L2 su tegovi poznate mase M2:
Moment sile teže tela merene mase je suprotnog smera od
momenta sile teže tegova i kada su ovi momenti jednakih
intenziteta, poluga se nalazi u ravnoteži:
F1L1 = F2L2
(4.1)
gde su F1 i F2 težine tela odnosno tegova.
Sila teže jednaka proizvodu mase tela i gravitacione konstante g, tj.
F = mg, pa gornja jednačina postaje:
M1 g L1 = M2 g L2
(4.2)
Kada su krakovi poluge vage jednakih dužina i kada je vaga
uravnotežena, mase na levom (masa tela koje se meri) i desnom
tasu (poznata masa tegova) moraju biti jednake:
M1 = M2
(4.3)
Savremene analitičke vage imaju samo jedan merni tas.
Kada je tas neopterećen mase, M2 i M3 , su takve da je vaga
uravnotežena i skala na kojoj se očitava izmerena masa je na svom
nultom položaju.
Masa M2 je ustvari masa seta pokretnih tegova
Nepoznata masa M1 je deo mase M2 koja mora da se ukloni da bi se
vaga posle opterećenja masom tela koje se meri M1 ponovo vratila u
ravnotežni položaj.
U praksi masa tegova M2 koji se uklanjaju je malo
manja od mase M1, a ostatak koji predstavlja
neizbalansiranost vage se očitava sa optičke skale vage
koja je kalibrisana u jedinicama mase ili u deseticama
miligrama, u zavisnosti od preciznosti vage.
Osnovna prednost vaga sa jednim tasom je brzina
merenja, jer se tegovi brzo postavljaju uz pomoć
jednog selektora u vidu točkića.
Druga bitna prednost je što njena osetljivost ne zavisi
od mase koja se meri (opterećenja), za razliku od vage
sa dva tasa, jer je poluga kod vage sa jednim tasom
stalno pod istim opterećenjem.
Delovi analitičke vage
- Kontrolna kočnica koja služi za podizanje poluge i tasa da bi se
ahatne prizme sačuvale od habanja kada vaga nije u upotrebi ili
kada se menjaju mase:
pri merenju mase, kočnica se delimično otpušta da bi se
utvrdilo da li su upotrebljeni tegovi veće ili manje mase od
potrebne za uravnotežavanje, ili pri dodavanju sitnih tegova,
dok je potpuno oslobođena za završno očitavanje izmerene
mase
- Kontrolni točkić za podešavanje nultog položaja skale
-Tegovi, obično masa od od 100, 10, 1 i 0,1 g
-Neke vage imaju mogućnost tariranja.
Kompleti tegova
Kalibracioni kompleti tegova za različite vage
Kalibracioni komplet tegova
za analitičku vagu
Merenje mase
1. Proveriti da li je vaga nivelisana i da li su tasovi čisti.
supstanca čija se masa meri se ne stavlja direktno na
tas već u neku posudu ili odmerni papir
isparljive, korozivne ili higroskopne supstance
se odmeravaju u zatvorenim predhodno
tariranim posudama.
2. Proveriti nulu vage
neopterećenu vagu treba lagano otkočiti i pomoću
kontrolnog točkića doterati osetljivu skalu da stoji
na nuli
3. Ukočiti vagu, staviti predmet koji se meri na sredinu
tasa i zatvoriti vratanca vage da strujanje vazduha ne bi
uzrokovalo dodatno oscilovanje poluge i nestabilno
očitavanje.
4. Staviti odgovarajući teg na drugi tas, ili ako se merenje
vrši sa jednim tasom izabrati datu masu pomoću
odgovarajućeg preklopnika
vaga se lagano i delimično otkoči da bi se videlo da li
je masa predmeta veća ili manja od postavljenog tega
5. Dodavati tegove manjih masa do 0,1 g uz delimično
oslobađanje poluge.
6. Kada je vaga uravnotežena do 0,1 g može se potpuno
otkočiti
masa predmeta se očitava sabiranjem masa svih
iskorišćenih tegova uključujući i masu prikazanu na
osetljivoj nonijusnoj skali. Ova skala omogućava
očitavanje mase u opsegu od 0,1mg do 100 mg
7. Ukočiti polugu i pažljivo skinuti predmet koji se meri i
tegove
8. Po završetku merenja vagu treba ostaviti čistu, suvih i
čistih tasova, ukočenu, bez tegova na tasu i zatvorenih
vrata
Kada se neko telo meri u vazduhu, shodno Arhimedovom zakonu, na to
telo deluje sila potiska, nasuprot sili težine, koja je jednaka težini telom
istisnutog vazduha, zbog čega se stvarna, korigovana masa tela računa
pomoću izraza:
m mt mt v 1 t1
gde je:
mt
v
t
(4.4)
masa tegova, odnosno masa tela u vazduhu
gustina vazduha
gustina tela koje se meri
gustina tegova
Podaci za gustinu vazduha, supstance i materijala od kojeg su izrađeni
tegovi mogu se za date uslove temperature (u slučaju vazduha i
pritiska) naći u odgovarajućim tablicama u praktikumu.
Kvaliteti merenja mase
1. Preciznost vage je najmanja masa koja se može
izmeriti ovim instrumentom ;
analitička vaga ima preciznost od 0,1 mg,
preciznost merenja zavisi od konstrukcije i
namene vage.
2. Tačnost ili istinitost, merenja predstavlja
najveće postignuto približavanje stvarnoj vrednosti
merene veličine
tačnost merenja zavisi od stanja vage i uslova
merenja koji su: ispravnost vage, tačnost
tegova, stanje podloge, položaj vage,
temperatura, strujanje vazduha.
na tačnost merenja svakako utiču i
subjektivni faktori kao što u obučenost
eksperimentatora i drugi.
3. Osetljivost je kvalitet merenja koji predstavlja
promenu indikatorskog parametra pri jediničnoj promeni
merene veličine.
Osetljivost analitičke vage se može definisati kao ugao
skretanja kazaljke po jedinici mase, mada se češće, iz
praktičnih razloga, definiše kao broj podeoka otklona
kazaljke po 1 mg pretega::
L
O
Ms 2mh
L
M
s
m
h
dužina krakova,
masa poluge,
rastojanje težišta poluge od njene tačke oslonca,
masa tela koje se meri uključujući i masu tasa
rastojanje tačke vešanja tasova od tačke oslonca
poluge.
4. Nul tačka, NT, je broj podeoka na skali pri
ravnoteži poluge neopterećene vage.
5. Tačka mirovanja, TM, vage predstavlja ravnotežni
položaj vage kada je opterećena pretegom, m:
Zavisnost osetljivosti vage od opterećenja nalazi se, za
svaku vagu pojedinačno, eksperimentalno prema
jednačini:
Tm NT
O
m
6. Repetabilnost (vernost, ponovljivost) merenja mase
analitičkom vagom je osobina da se pri višestrukom
ponavljanju merenja istom metodom merenja, na jednoj
istoj vagi, od strane istog istraživača i u identičnom
ambijentu merenja dobiju što približniji rezultati,
ovaj kvalitet merenja je pokazatelj ispravnosti vage
sa kojom se vrši merenje.
7. Reproduktivnost (pozdanost) merenja se odnosi na
slaganje rezultata merenja mase jednog istog tela, pri
čemu se merenja vrše različitim metodama, od strane
različitih istraživača, sa različitim vagama (istog tipa i
preciznosti) i u različitim uslovima merenja,
nereproduktivni rezultati ukazuju na postojanje
grubih nedostataka metode merenja ili vage kojom
se merenje vrši.
Metode merenja mase
Metoda alternacije
Metodom alternacije, masa tela se može odrediti sa pet decimala.
.
Koristi se grafik osetljivosti vage pri različitim opterećenjima:
na levi tas vage se postavi predmet koji se meri a na desni
tegovi i, uz dodatno korišćenje jahača, vaga se uravnoteži do
celog miligrama.
Pri ovakvoj ravnoteži se nađe tačka mirovanja. Utvrđena tačka
mirovanja će se razlikovati od nulte tačke vage za neku vrednost
broja podeoka.
Razlika tačke mirovanja i nulte tačke se podeli sa vrednošću
osetljivosti za dato opterećenje i dobijena vrednost pretega
predstavlja deseti i stoti deo miligrama koji, zavisno od predznaka,
treba dodati ili oduzeti masi određenoj grubim uravnotežavanjem do
celog miligrama.
Gausova metoda (metoda transpozicije ili
dvostrukog vaganja)
Metoda se koristi da bi se izbegle greške usled nejednake dužine
krakova vage,
telo se najpre stavi na levi tas i uravnoteži tegovima mase
ml, a zatim na desni tas i ponovno uravnoteži tegovima mase
md.
Uravnotežavanje se vrši sa preciznošću do četvrte decimale, tj.
0,1mg. Masa tela izračunava se tada prema sledećem izrazu:
m ml md
(4.7)
ili ako se mase ml i md ne razlikuju mnogo, primenom približnog izraza:
ml m
m
2
(4.8)
Bordina metoda (metoda supstitucije)
Ova metoda se takođe primenjuje da bi se izbegle greške usled
nejednakosti dužine krakova
telo i tegovi kojim se vaga uravnotežuje stavljaju se na isti tas,
telo se postavi na jedan, obično desni, tas i uravnoteži nekim
drugim telom, koje se naziva tara,
mereno telo se potom pomeri sa tasa i umesto njega stavljaju se
tegovi do uravnotežavanja sa tarom.
Tačke mirovanja vage pri prvom i drugom uravnotežavanju treba da
se podudaraju.
Masa tela tada je jednaka masi upotrebljenih tegova.
Pošto su telo i tegovi bili na istom tasu vage, dužina kraka poluge
nema uticaja na izmerenu vrednost.