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


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.



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)



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)



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

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