Usuari:Mcapdevila/Balança de Mohr-Westphal

La balança de Mohr-Westphal és un instrument de mesura que s'utilitza per determinar densitats de líquids. En essència, consta d'una carcassa o muntura ajustable en altura sobre el qual es recolza una vareta segmentada en dos braços. El braç més curt acaba en un pes compacta fixa, proveïda d'una agulla que ha d'enfrontar amb una altra agulla fixada a la carcassa per obtenir l'equilibri. De l'extrem del braç llarg penja, mitjançant un fil prim i lleuger, uns immersors de vidre que sol portar incorporat un termòmetre per mesurar la temperatura del líquid la densitat es desitja mesurar. En el braç llarg hi ha marcat deu marques numerades de l'1 al 10. La balança disposa d'un joc de cinc pesos: dos grans que, encara que diferents en forma i funció, tenen el mateix pes, i altres tres més petits, els pesos són la desena, la centèsima i la mil·lèsima d'aquells, respectivament. Va ser desenvolupada pel farmacèutic alemany Karl Friedrich Mohr (1806 - 1879).

Fonament

Esquema d'una balança de Mohr-Westphal.

La balança de Mohr-Westphal, igual que altres balances hidrostàtiques, té el seu fonament en el principi d'Arquimedes, que estableix que tot cos submergit total o parcialment en un fluid experimenta una força vertical cap amunt, anomenada empenta hidrostàtica o d'Arquimedes o, simplement, empenta, amb valor igual al pes del fluid desallotjat, i la línia d'acció passa pel centre de gravetat del fluid desallotjat. Així, quan un cos de volum V se submergeix totalment en un líquid de densitat ρ, l'empenta que experimenta el cos és:

(1)$E=\rho GV\,$

Per tant, si un mateix cos se submergeix successivament en dos fluids diferents, de densitats ρ ₁ i ρ ₂ , experimentarà embranzides que es trobaran en la relació

(2)${\frac {E_{2}}{I_{1}}}={\frac {\rho _{2}}{\rho _{1}}}$

de manera que, a partir d'una mesura del quocient $E_{2}/I_{1}\,$, podem determinar la densitat relativa del segon fluid respecte al primer, és a dir $\rho _{21}=\rho _{2}/\rho _{1}\,$.

Quan l'immersor està penjat en l'aire, el seu pes queda equilibrat pel contrapès (la balança està equilibrada). Quan l'immersor se submergeix en un líquid, l'empenta desequilibra la balança, de tal manera que, si volem restablir l'equilibri, haurem col·locar alguns reiters , cavalcant sobre el braç graduat, fins a compensar exactament l'empenta hidrostàtic.

La balança de Mohr-Westphal permet conèixer la densitat d'un líquid problema a partir de la simple lectura de la posició dels pesos necessaris per equilibrar la balança quan l'immersor està completament submergit en un líquid de la densitat que volem mesurar. Normalment cal procedir a efectuar la correcció instrumental de la balança. Per això es realitza una mesura de densitat amb un líquid ben conegut (vg, aigua destil·lada) i després amb el líquid o líquids a comparar. Hi ha factors que poden afectar el resultat, però la seva presa en consideració depèn de la exactitud que li exigim:

• Temperatura: a diferència dels sòlids, la variació de la densitat dels líquids amb la temperatura és de l'ordre de magnitud d'1 per mil per cada grau Celsius, de manera que el resultat de la mesura farà referència a la temperatura a la qual es trobi el líquid.

• Embranzida de l'aire: la densitat de l'aire és d'un ordre de magnitud de 10^-3 g/cm³. Així doncs, qualsevol cos submergit en l'aire, experimenta una empenta de l'ordre de 10^-3 del que experimenta en el si de l'aigua.
• Profunditat d'immersió del immersors: el fil del que està suspès el immersors experimenta una embranzida que depèn de la porció d'ell que se submergeixi. Per minimitzar l'error introduït per aquest motiu, l'immersor ha de suspendre l'estrep de la mateixa manera en les dues operacions de pesades necessàries per a la determinació de la densitat d'un sòlid.
• Tensió superficial del líquid: els fenòmens de tensió superficial també poden afectar les mesures realitzades durant la pràctica. Per minimitzar la seva influència, se submergirà el portaobjectes de la mateixa manera en les dues operacions de pesada.
• Bombolles d'aire: l'adherència de bombolles d'aire a l'immersor influeix sobre el resultat, produint una embranzida addicional, per la qual cosa s'ha d'evitar la presència de les bombolles. Per a això se sacsejarà lleugerament el immersors a la primera immersió en el líquid, abans de suspendre'l de l'estrep, per desprendre les possibles bombolles d'aire adherides.

Vegeu també

• Balança granatària
• Balança de torsió

Bibliografia

• R.. Pràctiques de Laboratori de Física General) (en espanyol). CECSA, 1978. ISBN 84-7051-017-7. 

Enllaços externs

• Interactiu de Física en Internet. Ángel Franco García.