Transcript MERENJE MASE – ANALITIČKA VAGA - Uvod u laboratorijski rad

Uvod u laboratorijski rad
MERENJE MASE
– ANALITIČKA VAGA -
Prof. dr. Dragica Minić


Masa je jedna od osnovnih osobina
supstancije 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
T
kelvin
K
Količina supstance
n
mol
mol
Svetlosna jačina
Iv
kandela
Cd


Međunarodni prototip kilogram, Sevr, Francuska
Standard mase je masa tega od platine sa 10%
iridijuma koja odgovara masi jednog kubnog
decimetra hemijski čiste vode pri temperaturi
od 40C i pritisku od jedne atmosfere (0,1 MPa).
1901. 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

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 vage analitičke vage
Postavljanje analitičke vage
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, 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 set 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 komplet tegova

Razni kompleti tegova
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 i 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 
gde je:
mt
v

t

1

1
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.
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 njene konstrukcije i namene.
2. Tačnost, ili istinitost, merenja predstavlja najveće postignuto
približavanje stvarnoj vrednosti merene veličine.
Tačnost merenja zavisi od stanja vage i uslova merenja su:
ispravnost vage, tačnost tegova, stanje podloge, položaj
vage, temperatura, strujanje vazduha.
Na tačnost merenja svakako utiču i subjektivni faktori kao što
su 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
gde je:
L
M
s
m
h
(4.5)
dužina krakova,
masa poluge,
rastojanje težišta poluge od njene tačke oslonca,
mas‚a 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 za ravnotežu 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.
Tm  NT

O
m
(4.6)

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 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 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 iz sledećeg izraza:
m  ml md

(4.7)
ili ako se mase ml i md ne razlikuju mnogo, iz približnog izraza:

m
ml  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.
Ppošto su telo i tegovi bili na istom tasu vage, dužina kraka poluge
nema uticaja na izmerenu vrednost.