DETERMINACIÓN DE DENSIDADES DE LIQUIDOS Y SÓLIDOS

Física Aplicada: Técnicas Experimentales Básicas

PRÁCTICA nº 8

DETERMINACIÓN DE DENSIDADES DE LIQUIDOS Y SÓLIDOS

OBJETO

Determinar la densidad de líquidos y sólidos, a partir del principio de Arquímedes usando la balanza de Mohr-Westphal y una balanza electrónica respectivamente

MATERIAL

Para determinar la densidad de un líquido: Balanza de Mohr-Westphal, probeta, agua destilada y líquidos problemas.

Para determinar la densidad de un sólido: Balanza electrónica, junto con su platillo, un estribo encajado al platillo, puente. Vaso de 250 cm3, portaobjetos, agua destilada, termómetro y sólidos problema.

FUNDAMENTO

Densidad: Llamamos densidad absoluta o simplemente densidad, , de un cuerpo homogéneo a su masa m, por unidad de volumen:

(1)

Principio de Arquímedes: Este principio establece que todo cuerpo sumergido total o parcialmente en un fluido experimenta una fuerza vertical hacia arriba, llamada empuje, cuyo valor es igual al peso del fluido desalojado y cuya línea de acción pasa por el centro de gravedad del fluido desalojado (Figura 1).

Así, si un cuerpo de volumen V se encuentra totalmente sumergido en un líquido de densidad , el empuje que experimenta el cuerpo es

(2)

Determinación de la densidad de un líquido

Si sumergimos un mismo cuerpo sucesivamente en dos fluidos distintos de densidades 1 y 2, los empujes que experimenta se encuentran en la misma relación que las densidades de los líquidos, esto es

(3)

de modo que, si conocemos 1, podemos determinar la densidad 2 del otro líquido.

Balanza de Mohr-Westphal: Esta balanza de brazos desiguales se utiliza para la determinación de densidades de líquidos más o menos densos que el agua (Figura 2). El brazo más corto termina en una masa compacta P de peso fijo, provista de una aguja que debe ponerse al mismo nivel que otra aguja fija al chasis para obtener el equilibrio. Del extremo del brazo largo pende, mediante un hilo delgado, un inmersor de vidrio I, que, normalmente, lleva incorporado un termómetro para medir la temperatura del líquido cuya densidad de desea medir (si no se dispone de este termómetro, tómese como temperatura la ambiente). En el brazo largo hay marcadas diez muescas, numeradas del 1 al 10; aunque, realmente, esta numeración debe interpretarse como 0.1, 0.2,..., de modo que el 10 representa la unidad.

Figura 2

Cuando el inmersor está colgado en el aire, su peso queda equilibrado por el contrapeso (la balanza está equilibrada). Si se sumerge el inmersor en un líquido, el empuje hidrostático desequilibra la balanza, de tal forma que, si queremos reestablecer el equilibrio, deberemos colocar unas pesas en forma de horquilla, llamadas reiters (“jinetes”), a caballo sobre el brazo graduado, de forma que se compense exactamente el empuje hidrostático.

Como en la expresión sólo aparece el cociente entre dos empujes, no tenemos que preocuparemos de cuál sea la unidad para medir éstos. Así, el reiter unidad (1/1) se ha elegido de modo que, colocado en la división 10, equilibre exactamente el empuje que experimenta el inmersor cuando está sumergido en agua pura (exenta de aire) a 4ºC. Este reiter representa por tanto la unidad de empuje cuando está colocado en la división 10. Los demás reiters tienen, respectivamente una masa de 1/10, 1/100 de la del reiter unidad, de tal modo que colocados en la división 10 de la balanza, representan 1/10 y 1/100 de la unidad de empuje.. Cada reiter colocado en otra división, representa tantas décimas de su valor ( por ejemplo 0.1 en el caso del reiter unidad) como indica el número de la muesca sobre la que se ha situado. Así por ejemplo, los reiter 1/1, 1/10 y 1/100 situados, respectivamente, en las muescas 7,6 y 5, representan un empuje de 0.765 unidades. Puesto que la unidad de empuje corresponde al agua y la densidad de ésta es bien conocida (1g/cm3 a 4oC), la balanza de Mohr-Westphal permitirá conocer la densidad de un líquido problema, a partir de la simple lectura de la posición de los reiters necesarios para equilibrar la balanza cuando el inmersor está completamente sumergido en el líquido problema. No obstante, normalmente hay que proceder a efectuar la corrección instrumental de la balanza.

Método

1.- Una vez montada la balanza, cuelgue el inmersor, limpio y seco, del gancho que hay en el extremo del brazo largo. La balanza debe quedar equilibrada. Si no es así, actúe con los tornillos A y B hasta conseguir que las dos agujas queden a la misma altura.

2.- Llene la probeta con agua destilada y, elevando la parte móvil de la balanza (tornillo T) si fuera preciso, coloque el inmersor dentro del agua destilada, de modo que quede completamente sumergido, sin tocar el fondo ni las paredes. Si quedasen burbujas de aire adheridas al inmersor, éste debe sacudirse ligeramente para que se desprendan.

3.- La balanza se habrá desequilibrado. Para restablecer el equilibrio, vaya colocando los reiters, sirviéndose de las pinzas, empezando por los mayores y ensayando cada uno de ellos en las distintas

...