Khí helium đo thể tích một mẫu xốp mà không cần nhúng nước bằng cách nào?
Khám phá mở rộng – Vật lý 10
Máy pycnometer khí đặt mẫu trong buồng kín đã biết thể tích, rồi theo dõi áp suất khi khí được cho giãn sang một buồng tham chiếu. Phần không gian khí có thể chiếm giúp suy ra thể tích mà mẫu loại khỏi khí. Kết hợp với khối lượng đã cân cho một loại khối lượng riêng được định nghĩa rõ.
Dùng áp suất đọc khoảng trống
Trong điều kiện nhiệt độ ổn định và mô hình khí phù hợp, áp suất, lượng khí và thể tích liên hệ với nhau. Nếu hai buồng có thể tích đã được hiệu chuẩn, đo trạng thái trước và sau khi nối buồng giúp suy ra phần thể tích chứa khí ban đầu.
Đặt một mẫu rắn vào làm không gian ấy nhỏ đi. Thay vì nhìn mực nước dâng, máy đọc dấu vết của sự giảm khoảng trống qua các áp suất đo.
Lỗ mở và lỗ kín cho kết quả khác nhau
Helium có thể vào những lỗ rỗng thông với ngoài mà nó tiếp cận được. Các khoảng đó thuộc thể tích khí, nên không được tính vào thể tích khung mà máy suy cho mẫu.
Ngược lại, khí không vào được lỗ kín. Khoảng kín ấy vẫn nằm trong thể tích bị mẫu chiếm đối với phép đo. Vì vậy khối lượng riêng khung đo bằng khí không mặc định bằng khối lượng riêng vật chất tuyệt đối sau khi loại hết mọi lỗ rỗng.
Một miếng vật liệu xốp có thể có cùng khối lượng nhưng những định nghĩa thể tích khác: thể tích bao ngoài, thể tích khung và thể tích vật chất đặc. Chúng phục vụ các câu hỏi khác nhau, không phải ba máy đang buộc phải báo cùng một số.
Vì sao phải chờ và chuẩn bị mẫu?
Khí còn hấp phụ, ẩm và nhiệt độ chưa cân bằng có thể làm áp suất đổi vì nguyên nhân khác việc giãn vào khoảng trống. Những lỗ rất nhỏ hoặc đường vào khó cũng ảnh hưởng khí có tiếp cận được trong điều kiện đo hay không.
Ví dụ, nghiên cứu gốm xốp cần biết đang xét hình dạng bao ngoài hay phần khung. Một kết quả mật độ chỉ hữu ích khi đi kèm phương pháp và trạng thái mẫu.
Hiểu lầm: helium nhỏ nên đi xuyên mọi phần rắn và mọi lỗ kín. Nó không tự có một đường thông qua bất kỳ vách vật liệu nào; khả năng tiếp cận phải được xét thực tế.
Ghi nhớ: khí đo khoảng nó vào được; phần còn lại được gọi là thể tích mẫu theo phép đo, vì vậy hãy hỏi lỗ nào được tính.