Практическое использование показателя плотности ртути.

Химический элемент ртуть, плотность которой в 13,6 раза превышает показатель воды, обладает способностью находиться в жидком состоянии при комнатной температуре. Физические свойства металла позволяют применять его в производстве точных измерительных приборов.

Свойства и применение ртути.
Живое серебро. Меркурий. Ртуть.

Физические свойства жидкого металла

  1. Меркурий, или argentum vivum (в переводе с латинского языка «живое серебро»), плотность которого в 13 раз превышает удельный вес воды, является самым тяжелым жидким металлом.
  2. Плотность вещества при температуре 0 °C составляет 13,5951 г/см³, а при нагревании до 100 °C уменьшается и составляет 13,36 г/см³. Например, при температурном градиенте 737 °C удельный вес снижается до показателя 11,830 г/см³.
  3. Удельная теплоемкость живого серебра не зависит от увеличения температуры. В процессе нагревания уменьшается теплоемкость.
  4. Теплопроводность металла увеличивается при отрицательных температурных градиентах (в твердом состоянии металла). С последующим нагревом температуропроводность ртути увеличивается с постепенным нагревом живого серебра.
  5. Пары ртути способны создавать сильное давление, показатель которого зависит от температуры. Например, при 100 °C давление пара составляет 37,45 Па, а при увеличении температуры на 100° – увеличивается почти в 62 раза.
  6. Многие недооценивают опасность металла из-за отсутствия у паров ртути запаха и отличительного цвета. Чтобы убедиться в особенности ртути испаряться, можно провести эксперимент.

Для этого нужно налить в чашечку немного живого серебра до образования небольшой лужицы диаметром около 2 см и засыпать специальным порошком. Если этот порошок осветлить в ультрафиолетовом спектре, то на фоне жидкости отчетливо видны темные движущиеся облака.

Этот процесс объясняется способностью паров ртути поглощать ультрафиолетовый спектр излучения, поэтому над чашечкой в местах, где поднимаются струи паров металла, лучи задерживаются и не доходят до порошка. Это объясняет наличие темных пятен.

Если открытую поверхность жидкого металла залить водой, то это снизит скорость испарения металла.

Параметр плотности и единицы его измерения

Показатель плотности отражает массу вещества, находящегося в единице объема. Он означает соотношение весового показателя вещества к объему и рассчитывается путем арифметических действий.

Показатель в общепринятой международной системе единиц (CI) измеряется в кг/м³, то есть 1 м³ ртути весит 13,5 т. В других стандартах показатель может указываться в других единицах веса и объема.

Если относительный показатель плотности вещества меньше или равен 1, это означает, что вещество не тонет в воде. Этот принцип применим к другим материалам. Соответственно, если плотность опущенного металла в ртуть будет ниже, то материал (свинец или родий) будет плавать в жидкости.

С целью упрощения сравнения параметров между разными системами стандартов иногда используют относительные показатели.

Практическое использование ртути

Специальные методы перекачки нефти и газа требуют использования соответствующих приборов, определяющих плотность сырья. Научно-исследовательским институтом «Транснефть»  разработан поплавковый плотномер, состоящий из следующих деталей:

  • поплавка;
  • корпуса;
  • эбонитового стержня;
  • емкости, содержащей меркурий;
  • плунжера;
  • трубки из устойчивого к намагничиванию материала;
  • катушки для создания индуктивных сил;
  • прибора для вторичного контроля.

Конструкция плотномера позволяет устанавливать его на байпасе перед станцией для перекачивания или конечным пунктом. Перед прибором монтируют фильтр для улавливания загрязняющих компонентов. Из фильтра по патрубкам очищенная жидкость поступает в прибор для измерения плотности.

Плотномер работает по принципу подъемной силы Архимеда. С изменением плотности жидкости, переходящей через прибор, изменяется показатель силы, действующей на поплавок.

В результате воздействия поплавок вместе с плунжером и петлей перемещается в вертикальном направлении. Для обеспечения перемещения в строго определенных пределах используется узел стабилизации поплавка, действие которого основано на принципе воздействия подъемной силы.

Например, если предположить, что плотность смеси уменьшилась, то поплавок опустится. При этом стержень, связанный с петлей, опустится в сосуд с живым серебром.

Плотномер.
Прибор, измеряющий плотность по принципу подъемной силы Архимеда.

За счет разницы плотности ртути и эбонита возникает сила, выталкивающая стрежень и препятствующая дальнейшему его опусканию. В процессе воздействия среды поплавок останавливается, а при повышении плотности происходит обратный процесс.

  • Еще одно физическое свойство металла — при нагреве расширяться -— позволяет использовать ртуть для производства измерительных приборов, позволяющих проводить замеры в широком диапазоне температур.
  • В медицинских градусниках используется такой физический параметр металла, как плотность, обеспечивающая фиксацию температурного показателя.
  • Барометр работает с учетом зависимости от изменения погодных условий и атмосферного давления, которое обычно падает перед ненастьем.

Ртутный барометр представляет собой запаянную трубку, в которой находится ртуть.

Так как плотность металла и соотношение делений шкалы зависят от температуры, то возникает необходимость относить длину ртутного столба и длину делений шкалы прибора для определения атмосферного давления к температурному градиенту. В трубке отсутствует воздух, но в ее верхней части находится торричеллиевая пустота.

Барометр.
Барометр – прибор для определения атмосферного давления.

При изготовлении ртутного барометра эту трубку заполняют живым серебром, а потом уравновешивают высоту столба атмосферным давлением, действующим на поверхностную часть металла в емкости.