Download - Andreia Furtado Densidade Massa Volumica
Andreia Furtado
Laboratório de Propriedades de LíquidosLaboratório de Propriedades de LíquidosUnidade de Metrologia Científica e Aplicada
Laboratório Central de MetrologiaIPQIPQ
7 de Dezembro de 2011, IPQ, Caparica
Sumário
i i l d id di i l d id d
7 de Dezembro de 20117 de Dezembro de 2011
I.I. Sistema Internacional de UnidadesSistema Internacional de Unidades
ou ou dd?: definições?: definições
III.III. Grandezas de baseGrandezas de base
IV.IV. AplicaçõesAplicações
V.V. Métodos de determinação de Métodos de determinação de çç
Encontro Metrologia na Educação e Ensino7 de Dezembro de 2011, IPQ, Caparica
I. Sistema Internacional de Unidades
Unidades do SI*
Grandezas de base Unidade SI
Unidades de Base
Grandezas de baseNome Símbolo
comprimento metro mmassa quilograma kgtempo segundo sp gintensidade de corrente eléctrica ampere Atemperatura termodinâmica kelvin Kquantidade de matéria mole molintensidade luminosa candela cd
Independentes do ponto de vista dimensional
3
*In BUREAU INTERNATIONAL DES POIDS ET MESURES - Le Système International d’Unités 7ª ed. BIPM, 1998. ISBN 92-822-2154-7.
I. Sistema Internacional de Unidades
Unidades do SI*
Unidades de Base http://www.bipm.org/en/si/si_brochure/
Unidades Derivadas
Unidades não-SIGrandeza derivada
Unidade derivada do SINome Símbolo
volume metro cúbico m3
Expressas a partir das unidades de base através dos
símbolos matemáticos de
volume metro cúbico mvelocidade metro por segundo m/saceleração metro por segundo quadrado m/s2
massa volúmica quilograma por metro cúbico kg/m3
símbolos matemáticos de multiplicação e de divisão
em uso com o SI – ex: minuto (min); litro (l ou L); tonelada (t)
4
*In BUREAU INTERNATIONAL DES POIDS ET MESURES - Le Système International d’Unités 7ª ed. BIPM, 1998. ISBN 92-822-2154-7.
em uso com o SI ex: minuto (min); litro (l ou L); tonelada (t)em uso com o SI cujo valor foi obtido experimentalmente – ex: electrão-volt (eV) em uso com o SI devido a necessidades específicas – ex: bar (bar)
II. Massa volúmica ou densidadeEis a questão!Eis a questão!Eis a questão!Eis a questão!
propriedade da matéria correspondente à
massa (m) contida por unidade de volume* (V)
massa volúmica ou
d id d á iVm
( ) p ( )
incorrectamente denominada densidade devido a traduções directas do termo inglês density
densidade mássica*volume = comprimento ao cubo
Unidade derivada das unidades de base massa e comprimento:
incorrectamente denominada densidade devido a traduções directas do termo inglês density
quilograma por metro cúbico (kg/m3) – unidades do SI
Submúltiplos decimais do SI utilizadosgrama por centímetro cúbico (g/cm3)• Submúltiplos decimais do SI utilizados
• Unidades não-SI em uso com o SI
g p (g )
grama por decímetro cúbico (g/dm3)
grama por mililitro (g/mL)
Definições de acordo com a norma ISO 80 000-4:2006(E) - Quantities and units — Part 4:Mechanics
• Unidades não-SI em uso com o SIgrama por litro (g/L)
II. Massa volúmica ou densidadeEis a questão!Eis a questão!Eis a questão!Eis a questão!
densidade
razão entre a massa volúmica de uma matéria ()ou massa volúmica
relativa
()
e a massa volúmica de uma matéria de referência
(0 - geralmente água a 4 ºC)0
d
muitas vezes denonimada erradamente densidade relativa
Unidade sem dimensão ou de dimensão unitária
Definições de acordo com a norma ISO 80 000-4:2006(E) - Quantities and units — Part 4:Mechanics
III. Grandezas de baseMassaMassaMassa Massa
Unidade de base do SI da grandeza massa quilograma (kg) definido como sendo:
A unidade de massa é igual à massa do protótipointernacional do quilograma3ª CGPM d 1901
Padrão Nacional da Massa.Cópia n.º 69 do Protótipo Internacional
do quilogramaLMA-IPQ
3ª CGPM de 1901
Q
The unit of mass, the kilogram, is the mass of the international prototype of the kilogram keptin air under three bell jars at the BIPM. It is a cylinder made of an alloy for which the massfraction of platinum is 90 % and the mass fraction of iridium is 10 %.
Protótipo Internacional do quilograma
BIPM - 1889
III. Grandezas de baseComprimentoComprimentoComprimento Comprimento
R li ã áti d tRealização prática do metroLCO-IPQ
Unidade de base do SI da grandeza comprimento t ( ) d fi id d metro (m) definido como sendo:
O comprimento do trajecto percorrido pela luz, novazio, durante um intervalo de tempo de 1/299 792 458pdo segundo
17ª CGPM de 1983
8Encontro Metrologia na Educação e Ensino
7 de Dezembro de 2011, IPQ, Caparica
Medição da Massa VolúmicaMedição da Massa VolúmicaIV. Aplicações
Essencial no controlo de vários processos industriais
Medição da Massa VolúmicaMedição da Massa Volúmica
Essencial no controlo de vários processos industriais
I dú t iI dú t i dd b bidb bid dd li tli t IndústriaIndústria dasdas bebidasbebidas ee dosdos alimentosalimentos
IndústriaIndústria farmacêuticafarmacêutica
IndústriaIndústria petrolíferapetrolífera
IndústriaIndústria químicaquímica ee nuclearnuclearIndústriaIndústria químicaquímica ee nuclearnuclear
CosméticosCosméticos
etc.
9Encontro Metrologia na Educação e Ensino
7 de Dezembro de 2011, IPQ, Caparica
A HidrometriaA Hidrometria
V. Métodos de determinação
Inventados por Hipátia (370 415 d C ) os hidrómetros são instrumentos de medição de
A. HidrometriaA. HidrometriaLíquidosLíquidos
Inventados por Hipátia (370-415 d.C.), os hidrómetros são instrumentos de medição demassa volúmica de líquidos, simples, eficazes e utilizados em medições comdiferentes níveis de exactidão
medem a massa volúmica de um líquido à temperatura de referência, quando postos a flutuar nesse mesmo líquidoHidrómetros
t d i t ã d l fi d h t d ponto de intersecção da escala fixada na haste do hidrómetro, no estado de equilibro, com a superfície
plana do líquido
do líquido
•Alcoómetros
•Sacarímetros
•Areómetros para álcoolómet
ros
op
•Areómetros Baumé
•Densímetros
•Mostímetrosologia
de hi
dr
ura d
o men
iscVários tipos de hidrómetros
•Mostímetros
•Lactodensímetros
Tip Leitu
A HidrometriaA Hidrometria
V. Métodos de determinação
D d P i i i d A i d
A. HidrometriaA. HidrometriaLíquidosLíquidos
De acordo com o Principio de Arquimedes
Quando um hidrómetro flutua livremente num líquido de massa volúmica ρx, a uma dada temperatura, com acorrespondente indicação da escala ρr, existem forças descendentes e ascendentes que actuam sobre ele
Em equilíbrio
Forças no sentido ascendente
• força de impulsão devida à deslocação do volume V do Em equilíbrioforça de impulsão devida à deslocação do volume V dohidrómetro abaixo da superfície do líquido - g ·Vx• força de impulsão do ar deslocado pelo volume v da haste dohidrómetro acima da superfície do líquido - g ·va1
Forças no sentido descendente
f íti
equilibradas
Sistema de calibração de hidrómetros
• força gravítica - m·g• força devida à tensão superficial do líquido yx que actua nahaste do hidrómetro - D yx
Método de calibração de hidrómetros, baseado na pesagem hidrostática, foi introduzido por Cuckow em 1949
BB PicnometriaPicnometria
V. Métodos de determinação B. B. PicnometriaPicnometria
Líquidos viscosos e voláteisLíquidos viscosos e voláteis
Pi ó t ► líquidos viscosos ou voláteis
► determinação da do líquido através da determinação da massa delíquido contido, tendo em conta o volume/capacidade do picnómetro
Picnómetros
líquidom
determinado/a através da sua calibração
picnómetrolíquido V
Calibração de picnómetros Método gravimétricoCalibração de picnómetros - Método gravimétrico
•determinação da massa de água contida no picnómetroLaboratório de pequenos
volumes - IPQdeterminação da massa de água contida no picnómetro
•posteriormente convertida em volume
(fórmulas e tabelas adequadas)
12Encontro Metrologia na Educação e Ensino
7 de Dezembro de 2011, IPQ, Caparica
Vários tipos de Picnómetros
CC DensimetriaDensimetria de Tubode Tubo VibranteVibrante
V. Métodos de determinação C. C. DensimetriaDensimetria de Tubo de Tubo VibranteVibrante
Líquidos e GasesLíquidos e Gases
Período de oscilaçãoPeríodo de oscilação
CmV
2
- massa volúmica da amostra
V - volume da célula (cte)
PríncipioPríncipio de de MediçãoMedição
LeiLei dada OscilaçãoOscilação HarmónicaHarmónica
Densímetro de tubo vibrante DMA 5 000 da Anton Paar
LPL-IPQ
C
( )
m - massa da célula
C - constante do oscilador
çç
1. tubo em U com amostra
2 f l t éti2. força electromagnética
3. medição do período da vibração
4. determinação de
Viscosidade da amostradamping da oscilaçãoç
função do período de oscilação e do decaimentomove os nós da oscilação
( aparente do V da célula)
13Encontro Metrologia na Educação e Ensino
7 de Dezembro de 2011, IPQ, Caparica
V. Métodos de determinação D. Padrões Primários D. Padrões Primários d M V lú id M V lú ide Massa Volúmicade Massa Volúmica
Padrões Líquidos – Água
SiVantagens:
facilmente acessível barato e não tóxico facilmente acessível, barato e não tóxico fácil de manusear não corrosivomantém se liquida nos intervalos de t utilizadosmantém-se liquida nos intervalos de t utilizados de conhecida com elevado grau de exactidão
Desvantagens:
o desconhecimento sobre os gases dissolvidos e sobre ascomposições isotópicas e possíveis contaminações levam aoaumento da incerteza de ppm para %
elevada tensão superficial causa problemas na pesagemhidrostática e pode variar devido à contaminação da superfícielevando ao aumento da incerteza
1414
levando ao aumento da incerteza
Encontro Metrologia na Educação e Ensino7 de Dezembro de 2011, IPQ, Caparica
V. Métodos de determinação D. Padrões Primários D. Padrões Primários d M V lú id M V lú ide Massa Volúmicade Massa Volúmica
Padrões sólidos – Silício; Zerodur; Quartzo
Características desejáveis do material:
• estável e homogéneo Escolha da forma do artefacto: Esfera ou cubo?Escolha da forma do artefacto: Esfera ou cubo?g
• suficientemente condutor térmico e eléctrico• formar uma superfície dura• inerte aos gases atmosféricos e à maioria dos líquidos
Esfera ou cubo? Esfera ou cubo?
Sig q
• baixo coeficiente de expansão• barato• facilmente maneável de modo a ter a forma desejável
Vantagens:
l di t t t á i à d Esfera de silícioLMA e LPL-IPQ
massa e volume directamente rastreáveis às grandezas
comprimento (metro) e massa (kg)
determinação de de sólidos com menor incerteza
1515
determinação de de sólidos com menor incerteza
determinação de de líquidos mais facilitada
V. Métodos de determinação E Pesagem HidrostáticaE Pesagem HidrostáticaE. Pesagem HidrostáticaE. Pesagem Hidrostática
de Sólidos
O volume do artefacto a calibrar é determinado com recurso a um comparador de volumes
Comparação directa com padrões de volume(massa convencional conhecida) com recurso a um comparador de volumes
através da diferença de volume entre o padrão de referência e o artefacto
(massa convencional conhecida)
realizada num interior de umlíquido de conhecida
Comparador de volumes Mettler Toledo VC1005 do LMA-IPQ
Laboratório de Massa-IPQ1 mg a 10 kg A partir da sua massa convencional
1616
1 mg a 10 kg A partir da sua massa convencional determina-se a massa volúmica do sólido
V. Métodos de determinação E Pesagem HidrostáticaE Pesagem Hidrostática
de Líquidos
E. Pesagem HidrostáticaE. Pesagem Hidrostática
determinação da massa aparente da esfera de silício esfera dentro líquido
em estudoesfera de silício
padrão de massa volúmica
volume massa convencional
h id
Sistema de medição da massa volúmica de líquidos através de
hid táti
conhecidos
pesagem hidrostáticaLPL-IPQ
através da diferença entre as massas aparentes (dentro e fora do líquido)
1717
qé possível determinar a massa volúmica do líquido
Obrigada pela vossa atençãog p ç
Andreia FurtadoLaboratório de Propriedades dos LíquidosLaboratório de Propriedades dos Líquidos
18Encontro Metrologia na Educação e Ensino
7 de Dezembro de 2011, IPQ, Caparica