مقياس كثافة السوائل

مقياس الكثافة أو مقياس اللاكتوم هو أداة تُستخدم لقياس كثافة السوائل أو كثافتها النسبية بناءً على مفهوم الطفو . وعادةً ما تتم معايرتها وتدريجها بمقياس واحد أو أكثر ، مثل مقياس الكثافة النوعية .
يتكون مقياس الكثافة عادةً من أنبوب زجاجي مجوف محكم الإغلاق ذي قاعدة عريضة لزيادة الطفو ، ووزن إضافي كالرصاص أو الزئبق لتحقيق الثبات، وساق رفيعة مدرجة للقياس. يُسكب السائل المراد قياسه في وعاء طويل، غالبًا ما يكون أسطوانة مدرجة ، ثم يُغمر مقياس الكثافة برفق في السائل حتى يطفو بحرية. تُشير النقطة التي يلامس عندها سطح السائل ساق مقياس الكثافة إلى الكثافة النسبية. قد يحتوي مقياس الكثافة على أي عدد من التدريجات على طول الساق، والتي تُقابل خصائص مرتبطة بالكثافة.
تتم معايرة مقاييس الكثافة لأغراض مختلفة، مثل مقياس اللاكتوميتر لقياس كثافة (قوام) الحليب، ومقياس السكر لقياس كثافة السكر في السائل، أو مقياس الكحول لقياس مستويات أعلى من الكحول في المشروبات الروحية .
يعتمد مقياس كثافة السوائل على مبدأ أرخميدس : حيث يطفو جسم صلب معلق في سائل بقوة تساوي وزن السائل الذي يزيحه الجزء المغمور من الجسم الصلب. وكلما انخفضت كثافة السائل، زاد عمق غوص مقياس كثافة السوائل ذي الوزن المحدد؛ ويتم معايرة ساق المقياس لإعطاء قراءة عددية.
تاريخ

يُرجّح أن يعود تاريخ مقياس الكثافة إلى الفيلسوف اليوناني أرخميدس (القرن الثالث قبل الميلاد)، الذي استخدم مبادئه لتحديد كثافة السوائل المختلفة. [ 1 ] [ 2 ] وورد وصف مبكر لمقياس الكثافة في قصيدة لاتينية كتبها ريمنيوس في القرن الثاني الميلادي، حيث قارن استخدام مقياس الكثافة بطريقة إزاحة السوائل التي استخدمها أرخميدس لتحديد محتوى الذهب في تاج هيرون الثاني . [ 3 ]
هيباتيا الإسكندرانية (ولدت حوالي 350-370 ميلادي ؛ توفيت عام 415 ميلادي)، وهي عالمة رياضيات يونانية بارزة، هي أول شخص يرتبط اسمه تقليديًا بصنع مقياس كثافة السوائل. [ 3 ] في رسالة، يطلب سينيسيوس القيرواني من هيباتيا، معلمته، أن تصنع له مقياسًا لكثافة السوائل:
الأداة المعنية عبارة عن أنبوب أسطواني، يشبه في شكله المزمار، وله نفس حجمه تقريبًا. يحتوي الأنبوب على شقوق عمودية، تمكننا من قياس وزن الماء. يشكل مخروط غطاءً عند أحد طرفي الأنبوب، وهو مُحكم التثبيت عليه. للمخروط والأنبوب قاعدة واحدة فقط، تُسمى قاعدة الباريليوم. يبقى الأنبوب منتصبًا عند وضعه في الماء، مما يسمح بحساب عدد الشقوق بسهولة، وبالتالي تحديد وزن الماء. [ 4 ]
بحسب موسوعة تاريخ العلوم العربية ، استُخدمت هذه التقنية من قِبل أبي الريحان البيروني في القرن الحادي عشر، ووصفها الخازني في القرن الثاني عشر. [ 5 ] أُعيد اكتشافها عام 1612 على يد غاليليو ومجموعة من أصدقائه، واستُخدمت في التجارب، لا سيما في أكاديمية الإسمنت. [ 6 ] ظهرت مجددًا في عمل روبرت بويل عام 1675 (الذي صاغ اسم "مقياس الكثافة" )، [ 3 ] مع أنواع ابتكرها أنطوان بوميه ( مقياس بوميه )، وويليام نيكلسون ، وجاك ألكسندر سيزار شارل في أواخر القرن الثامن عشر، [ 7 ] بالتزامن تقريبًا مع اكتشاف بنيامين سايكس للجهاز الذي يُمكن من خلاله تحديد نسبة الكحول في السائل تلقائيًا. أصبح استخدام جهاز سايكس إلزاميًا بموجب القانون البريطاني في عام 1818. [ 8 ]
نطاقات
يغوص مقياس الكثافة أعمق في السوائل منخفضة الكثافة مثل الكيروسين والبنزين والكحول ، وأقل عمقًا في السوائل عالية الكثافة مثل المحلول الملحي والحليب والأحماض . عادةً ما يكون مقياس الكثافة المستخدم مع السوائل الكثيفة مُدرجًا عند علامة 1.000 (للماء) بالقرب من أعلى الساق، بينما يكون مُدرجًا عند السوائل الأخف بالقرب من أسفل الساق. في العديد من الصناعات، تُستخدم مجموعة من مقاييس الكثافة (1.0 – 0.95 ، 0.95 – .) لتوفير أدوات تغطي نطاق الكثافات النوعية التي قد تُصادف.
الموازين

تقيس مقاييس الكثافة الحديثة عادةً الكثافة النوعية، ولكن كانت تُستخدم (ولا تزال تُستخدم أحيانًا) مقاييس مختلفة في بعض الصناعات. ومن الأمثلة على ذلك:
- مقياس كثافة API ، وهو مقياس يستخدم عالميًا في صناعة البترول.
- مقياس بوميه ، الذي كان يستخدم سابقًا في الكيمياء الصناعية وعلم الأدوية
- مقياس بريكس ، المستخدم بشكل أساسي في صناعة عصائر الفاكهة والنبيذ وصناعة السكر
- مقياس أوشلي ، يُستخدم لقياس كثافة عصير العنب
- مقياس أفلاطون ، يستخدم بشكل أساسي في صناعة البيرة
- مقياس تواديل ، الذي كان يستخدم سابقًا في صناعات التبييض والصباغة [ 9 ]
مقاييس كثافة السوائل المتخصصة
تُسمى مقاييس الكثافة المتخصصة عادةً نسبةً إلى استخدامها: فمثلاً، مقياس الكثافة اللاكتومي هو مقياس مصمم خصيصاً للاستخدام مع منتجات الألبان. ويُشار إليها أحياناً بهذا الاسم تحديداً، وأحياناً أخرى باسم مقاييس الكثافة.
قياس الكحولية
مقياس الكحول هو مقياس كثافة السوائل الذي يُشير إلى نسبة الكحول في السوائل، والتي هي في الأساس خليط من الكحول والماء. يُعرف أيضًا باسم مقياس الكحول التجريبي ومقياس تراليس (نسبةً إلى يوهان جورج تراليس ، ولكن يُكتب خطأً في كثير من الأحيان traille و tralle ). يقيس هذا المقياس كثافة السائل. في حال عدم وجود سكر أو مواد مذابة أخرى، يمكن ربط الكثافة النوعية لمحلول الإيثانول في الماء مباشرةً بتركيز الكحول. أما مقاييس السكر، المستخدمة لقياس مخاليط السكر والماء، فتقيس كثافات أعلى من كثافة الماء. تحتوي العديد منها على مقاييس مُدرجة بنسب حجمية لـ "الكحول المحتمل"، بناءً على كثافة نوعية محسوبة مسبقًا. تُشير قراءة "الكحول المحتمل" الأعلى على هذا المقياس إلى كثافة نوعية أعلى، يُفترض أنها ناتجة عن إضافة سكريات مذابة أو مواد كربوهيدراتية. تُؤخذ قراءة قبل التخمير وبعده، ويُحدد محتوى الكحول التقريبي بطرح قراءة ما بعد التخمير من قراءة ما قبل التخمير. [ 10 ]
كانت هذه أدوات مهمة لتحديد الضرائب، وكان من الممكن تحديد أدوات معينة خاصة بكل مُصدر. احتكر بارثولوميو سايكس السوق في المملكة المتحدة، وتمتعت ماري ديكاس وعائلتها باحتكار مماثل في الولايات المتحدة. [ 11 ]
مقياس إدرار الحليب
يُستخدم مقياس الكثافة للتحقق من نقاء حليب الأبقار. لا تُعطي الكثافة النوعية للحليب مؤشرًا قاطعًا على تركيبه، إذ يحتوي الحليب على مواد متنوعة أثقل أو أخف من الماء. لذا، يلزم إجراء اختبارات إضافية لتحديد نسبة الدهون، وبالتالي تحديد التركيب الكلي. يُقسّم الجهاز إلى مئة جزء. يُسكب الحليب في الجهاز ويُترك حتى تتكون القشدة، ثم يُقاس عمق ترسب القشدة بالدرجات لتحديد جودة الحليب. إذا كانت عينة الحليب نقية، يطفو مقياس الكثافة أعلى مما لو كانت مغشوشة أو غير نقية. [ 12 ] [ 13 ]
مقياس السكر

مقياس السكر هو نوع من أنواع مقاييس الكثافة المستخدمة لتحديد كمية السكر في المحلول، وقد اخترعه توماس طومسون . [ 14 ] يستخدمه في المقام الأول صانعو النبيذ والجعة ، [ 15 ] ويمكن استخدامه أيضًا في صنع المثلجات والآيس كريم. [ 16 ] صُمم أول مقياس سكر خاص بصانعي الجعة على يد بنيامين مارتن (مع وضع التقطير في الاعتبار)، واستُخدم لأول مرة في صناعة الجعة من قبل جيمس بافرستوك الأب عام 1770. [ 17 ] اعتمد هنري ثرال استخدامه، ثم شاع استخدامه لاحقًا على يد جون ريتشاردسون عام 1784. [ 18 ]
يتكون مقياس السكر من بصلة زجاجية كبيرة مثقلة، يرتفع من أعلاها ساق رفيعة عليها علامات معايرة. يُحدد مستوى السكر بقراءة القيمة التي يتقاطع عندها سطح السائل مع المقياس. كلما زاد تركيز السكر، زادت كثافة المحلول، وبالتالي يرتفع مستوى السكر في البصلة.
مقياس الرطوبة والحرارة
مقياس الكثافة الحراري هو مقياس كثافة يحتوي على مقياس حرارة مُدمج في الجزء العائم. لقياس كثافة المنتجات البترولية، مثل زيوت الوقود، تُسخّن العينة عادةً في غلاف حراري مع وضع مقياس حرارة خلفها، لأن الكثافة تعتمد على درجة الحرارة. توضع الزيوت الخفيفة في أغلفة تبريد، عادةً عند 15 درجة مئوية. أما الزيوت الخفيفة جدًا التي تحتوي على العديد من المكونات المتطايرة، فتُقاس في وعاء ذي حجم متغير باستخدام جهاز أخذ عينات بمكبس عائم لتقليل فقدان المكونات الخفيفة. [ 19 ]
مقياس كثافة السوائل للبطارية
يمكن تقدير حالة شحن بطارية الرصاص الحمضية من كثافة محلول حمض الكبريتيك المستخدم كإلكتروليت . يُعد مقياس الكثافة، المُعاير لقراءة الكثافة النوعية بالنسبة للماء عند 16 درجة مئوية (60 درجة فهرنهايت) ، أداةً قياسيةً لصيانة بطاريات السيارات . تُستخدم جداول لتصحيح القراءة وفقًا لدرجة الحرارة القياسية. كما تُستخدم مقاييس الكثافة لصيانة بطاريات النيكل والكادميوم ذات الخلايا الرطبة لضمان أن يكون الإلكتروليت بالقوة المناسبة للتطبيق؛ ففي هذا النوع من البطاريات، لا ترتبط الكثافة النوعية للإلكتروليت بحالة شحن البطارية.
يقيس مقياس كثافة السوائل في البطارية المزود بمقياس حرارة (مقياس كثافة السوائل الحراري) الكثافة النوعية المعوضة لدرجة الحرارة ودرجة حرارة الإلكتروليت.
جهاز اختبار مانع التجمد
يُستخدم مقياس كثافة السوائل أيضاً في مجال السيارات لاختبار جودة محلول مانع التجمد المستخدم لتبريد المحرك. ترتبط درجة الحماية من التجمد بكثافة (وبالتالي تركيز) مانع التجمد؛ وتختلف العلاقة بين الكثافة المقاسة ونقطة التجمد باختلاف أنواع مانع التجمد.
مقياس الحموضة
مقياس الحموضة، أو مقياس الحموضة، هو مقياس كثافة يستخدم لقياس الكثافة النوعية للحمض . [ 20 ]
مقياس كثافة الشعر
يتم معايرة مقياس اللحاء لاختبار قوة سوائل الدباغة المستخدمة في دباغة الجلود . [ 21 ]
مقياس الملوحة
مقياس الملوحة هو مقياس كثافة يستخدم لقياس محتوى الملح في مياه التغذية لغلاية بخارية بحرية.
مقياس البول
مقياس البول هو جهاز طبي لقياس كثافة السوائل مصمم لتحليل البول . وبما أن الكثافة النوعية للبول تتحدد بنسبة المواد المذابة (الفضلات) إلى الماء، فإن مقياس البول يُمكّن من تقييم مستوى ترطيب الجسم لدى المريض بسرعة.
معرض
مقياس الكحول لقياس تركيز الإيثانول في خليط الماء/الإيثانول، ويظهر على شكل "رأس الببغاء" الخاص بجهاز التقطير
مقياس كثافة الحليب، الذي يشير إلى محتواه من الدهون
مؤشر حالة البطارية لقياس كثافة الإلكتروليت في بطارية الرصاص الحمضية، مما يشير إلى حالة شحنها (حوالي عام 1985)
جهاز اختبار مضاد التجمد لقياس كثافة سائل تبريد المحرك، مما يشير إلى نقطة تجمده.
الاستخدام في تحليل التربة
تحليل الهيدرومتر هو عملية تصنيف التربة الناعمة، والطمي ، والطين . يُجرى هذا التحليل عندما تكون أحجام الحبيبات صغيرة جدًا بحيث لا يمكن تحليلها بالمنخل . يعتمد هذا الاختبار على قانون ستوكس للكرات الساقطة في سائل لزج، حيث تعتمد السرعة النهائية للسقوط على قطر الحبيبات وكثافتها وكثافة السائل. وبالتالي، يمكن حساب قطر الحبيبات بمعرفة مسافة السقوط وزمنه. كما يحدد الهيدرومتر الكثافة النسبية (أو الكثافة) للمحلول المعلق، مما يسمح بحساب نسبة الجزيئات ذات قطر مكافئ معين. [ 22 ]
انظر أيضاً
مراجع
- ↑ هورنسي، إيان س. (2003). تاريخ البيرة وصناعتها . كامبريدج: الجمعية الملكية للكيمياء. ص 429. ISBN 978-0-85404-630-0.
- ^ بنديك، جين (2011) [1962]. أرخميدس وباب العلم . الترخيص الأدبي، LLC. ص 63 – 64. ISBN 9781258014889.
- 1 2 3 بنسود-فينسنت، برناديت (2000). هولمز، فريدريك ل .؛ ليفر، تريفور هـ. (محرران). الأدوات والتجريب في تاريخ الكيمياء . مطبعة معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا. ص 153. ISBN 9780262082822.
- ↑ فيتزجيرالد، أوغسطين (1926). "الرسالة 15 - إلى الفيلسوفة (هيباتيا)" . رسائل سينيسيوس القيرواني . مطبعة جامعة أكسفورد. ص 99. hdl : 2027/mdp.39015008616180 .
- ↑ روزانسكايا، مريم؛ ليفينوفا، آي إس (1996). "الاستاتيكا" . في رشدي راشد؛ ريجيس موريلون (محرران). موسوعة تاريخ العلوم العربية، المجلد 2. روتليدج . ص 614-642 [ 639 ]. ISBN 978-0-415-12411-9تم الاطلاع عليه بتاريخ 26-03-2019 .
- ↑ "مقياس كثافة السوائل المتعمق" . متحف غاليليو . تم الاطلاع عليه بتاريخ 1 يناير 2024 .
- ^ بلونديل، كلود جوزيف (2003). "Un enfant illustre de Beaugency : le physicien et aéronaute جاك تشارلز (1746-1823)" [ طفل لامع من Beaugency: الفيزيائي ورائد الطيران ] . منشورات أكاديمية أورليان والزراعة والعلوم والآداب والفنون (باللغة الفرنسية) (4). أكاديمية أورليان: 37.
- ↑ دينيسون، ميريل (1955). الشعير والنهر: قصة مولسون . تورنتو: ماكليلاند وستيوارت. ص 132.
- ↑ ديك، ويليام بريسبان (1975). "درجات بوميه" . موسوعة ديك للوصفات والعمليات العملية . نيويورك: ديك وفيتزجيرالد، ناشرون. ISBN 9780308101579.
- ↑ رابين، دان؛ فورجيه، كارل (1998). قاموس البيرة وصناعة الجعة . لندن: فيتزروي ديربورن. ISBN 9781579580780تم الاطلاع عليه بتاريخ 11-10-2009 .
- ↑ موريسون-لو، أ.د. (23-09-2004). "ديكاس [ اسمها بعد الزواج أرستال ] ، ماري (نشطت بين عامي 1800 و1815)، صانعة أدوات علمية" . قاموس أكسفورد للسير الوطنية . المجلد 1 ( نسخة إلكترونية). مطبعة جامعة أكسفورد. doi : 10.1093/ref:odnb/49542 . ISBN 978-0-19-861412-8.(يتطلب ذلك اشتراكًا أو الوصول إلى مكتبة ويكيبيديا أو عضوية في مكتبة عامة في المملكة المتحدة .)
- ↑ جيسلر، جوزيف ف. (1891). "دلالات اختبارات مقياس اللاكتوميتر" . مجلة الجمعية الكيميائية الأمريكية . 13 (2): 93-98 . doi : 10.1021/ja02124a009 . ISSN 0002-7863 .
- ↑ "مقياس اللاكتوز الزجاجي، إنجلترا، 1875-1900" . مجموعة متحف العلوم . تم الاطلاع عليه بتاريخ 1 يناير 2024 .
- ↑ طومسون، توماس (1840). شرح مقياس السكر الخاص بألان: تم تعيينه بموجب قانون برلماني لاستخدام مصنعي المشروبات الكحولية، و سي . دي. و دبليو. ميلار.
- ↑ سامبروك، باميلا (1996). صناعة البيرة في المنازل الريفية في إنجلترا، 1500-1900 . دار نشر A&C Black. رقم ISBN 9781852851279تم الاطلاع عليه بتاريخ 11-10-2009 .
- ^ هانمان، ليونارد ج. (1993). المعجنات . بتروورث-هاينمان. رقم ISBN 9780750604307تم الاطلاع عليه بتاريخ 11-10-2009 .
- ↑ ماتياس، بيتر (1959). صناعة التخمير في إنجلترا 1700-1830 . مطبعة الجامعة . تم الاطلاع عليه بتاريخ 16-03-2012 .
- ↑ بود، روبرت؛ وارنر، ديبورا جين؛ تشابلن، سيمون؛ جونستون، ستيفن؛ بيترسون، بيتسي باهر (1998). أدوات العلم: موسوعة تاريخية . متحف العلوم، لندن، والمتحف الوطني للتاريخ الأمريكي، مؤسسة سميثسونيان. ISBN 9780815315612تم الاطلاع عليه بتاريخ 11-10-2009 .
- ^ بيلا جي ليبتاك. كريستا فينتشيل، محرران. (2017). دليل مهندسي الآلات والأتمتة: القياس والسلامة ( الطبعة الخامسة). الولايات المتحدة: مجموعة تايلور وفرانسيس، مطبعة CRC. ص. 1314. ردمك 978-1-4987-2764-8.
- ↑ "مقياس الحموضة" . القاموس الحر . فارلكس. 2003. تم الاطلاع عليه بتاريخ 18 سبتمبر 2010 .
- ↑ ديفيس، تشارلز توماس (1897). صناعة الجلود: وصف لجميع عمليات الدباغة والتجصيص باستخدام اللحاء والمستخلصات والكروم وجميع الدباغات الحديثة الشائعة الاستخدام . إتش سي بيرد وشركاه . تم الاطلاع عليه بتاريخ 11 أكتوبر 2009.
باركوميتر
. - ↑ فخري أ. أسعد، فيليب إلمر لاموريو، ترافيس هـ. هيوز (محررون)، أساليب العمل الميداني للجيولوجيين وعلماء المياه الجوفية ، سبرينغر ساينس آند بيزنس ميديا، 2004، رقم ISBN 3540408827، ص 299
مصادر
- هيباتيا الإسكندرية
- معلومات عن مقياس كثافة السوائل
- دليل استخدام مقاييس كثافة السوائل في صناعة البيرة
- يورجن درايير. اختبار الحليب. مؤرشف بتاريخ 21 أكتوبر 2012 على موقع Wayback Machine . كتاب موارد مجموعة منتجي الألبان ، منظمة الأغذية والزراعة للأمم المتحدة.
- استخدام مقياس الكثافة ، الصفحة الرئيسية لصناعة النبيذ.
- كيفية عمل مقياس الكثافة ، تقنيات صناعة النبيذ المنزلي
- التكنولوجيا الرومانية القديمة
- التخمير
- معدات المختبر
- أدوات زجاجية مخبرية
- مقاييس الكثافة
