Как найти массу влажного образца

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВЛАЖНОСТИ

Влажность материала обусловлена содержанием в нем воды.

Вода, входящая в состав продуктов, находится в двух состояниях: химически связанном и свободном.

Первая из них является частью анализируемого ве­щества, входит в его состав в определенных постоянных соотношениях и называется иначе кристаллизационной. Свободная, или гигроскопическая, влага находится в материалах в различной форме и содержание ее непо­стоянно.

Различают влагу свободную макрокапилляров, кото­рая смачивает вещество с поверхности и проникает в крупные поры; влагу микрокапилляров, заполняющую поры вещества диаметром менее 10-5 мм; влагу набу­хания, или структурную, проникающую путем осмоса внутрь высокомолекулярных мицелл — клетчатки, бел­ков, крахмала и т. д.; влагу, связанную адсорбционно, удерживаемую поверхностной энергией вещества.

Определение влажности методом высушивания

Методы высушивания являются наиболее надежны­ми. Принцип их заключается в том, что определенную навеску вещества высушивают до постоянной массы и по разности между начальной массой и массой сухого остатка находят количество влаги в исследуемом про­дукте.

Для определения влажности зерна и полупродуктов применяют следующие методы высушивания: метод вы­сушивания до постоянной массы в шкафу при темпе­ратуре 105°С; метод высушивания инфракрасными лу­чами; быстрый метод высушивания при температуре 130° С.

Определение методом высушивания до постоянной массы при температуре 105°С

Этим методом определяют влажность, в предвари­тельно размолотом материале, например в помоле зерна, муке и другом размельченном материале.

Для отвешивания вещества и последующего высуши­вания пользуются невысокими широкими стеклянными бюксами (диаметр 5—6 см, высота 4—5 см), снабженными хорошо притертыми крышками. Предварительно определяют постоянную массу бюкса.

Для этого вымытый бюкс помещают в сушильный шкаф на 30 мин при температуре 105° С, затем его ста­вят в эксикатор, охлаждают и взвешивают, после чего опять помещают в сушильный шкаф на 10—15 мин и после охлаждения взвешивают. Периодическое подсу­шивание и взвешивание проводят до тех пор, пока бюкс не приобретет постоянной массы.

В высушенный бюкс отвешивают 2—5 г измельчен­ного вещества. Высота слоя этого вещества в бюксе не должна превышать 1 см.

Бюкс в открытом виде ставят в сушильный шкаф, предварительно нагретый до 105° С. Рядом с бюксом кладут крышку.

При массовых исследованиях число бюксов должно быть не очень велико (не более 8—10), так как скапливающаяся в шкафу влага препятствует высушиванию проб.

Высушивание проводят в течение 4—5 ч, после чего бюкс вынимают, из термостата, помещают в эксикатор, для охлаждения на 30 мин и взвешивают на аналити­ческих весах. Затем бюкс с навеской повторно поме­щают в сушильный шкаф и через 1,0—1,5 ч повторяют ту же операцию охлаждения и взвешивания. Так посту­пают до тех пор, пока разница между результатами двух взвешиваний будет не более 0,0005 г. В этом случае масса вещества считается постоянной.

В некоторых случаях после убывания массы высушиваемого вещества наступает ее увеличение, обусловливаемое наличием окислительных процессов. За постоянную массу тогда принимают последнюю еще убывающую массу. Таким образом, в результате анализа получают два показателя: массу бюкса и влажного вещества, взятого на высушивание, и массу сухого остатка и бюкса, полу­ченную после высушивания. Потеря массы в граммах, отнесенная к массе навески, с пересчетом на 100 г ве­щества, выражает влажность исследуемого продукта.

Влажность вещества находят по формуле (6.1)

w=, (6.1)

где: b — убыль в массе навески после высушивания, определяемая по разности;

а—масса испытуемого влажного вещества (навеска).

Зная влажность, исследуемого продукта, легко опре­делить процентное содержание, в нем сухих веществ по формуле (6.2)

Ссв=100-w (6/2)

Пример. На анализ взята рожь и проведен ее помол. Масса бюк­са 10,5 г; масса бюкса с помолом ржи 15,2 г; масса, помола a= 15,2 — 10,5=4,7 г. Масса бюкса с помолом после высушивания 14,61 г.

Влажность исследуемой ржи находим по формуле (6.1)

w==12,55%

При анализе некоторых влажных продуктов следует иметь в виду, что при измельчении продукта количество влаги в нем может изменяться в результате естественного испарения.

На спиртовые заводы поступает как сухое зерно влажностью до 15%, так и влажное, содержание влаги в котором в некоторых случаях достигает 18—20%. Такое зерно при помоле всегда теряет часть влаги. Сильно влажное зерно (влажностью более 16%) дает помол неудовлетворительного качества. Поэтому определение влажности в нем проводят в два приема.

Навеску материала (например, около 20 г зерна) подсушивают в плоской стеклянной чашке в сушильном шкафу при температуре 105° С в течение 30 мин. Зеленый солод влажностью более 25—30% во избежание клейстеризации крахмала (трудно отдающего влагу) и образования корки на поверхности материала, что препятствует равномерному высушиванию, предварительно подсушивают в течение часа при 50° С, а затем полчаса при 105°С.

Для получения более точных результатов анализа рекомендуется подсушенный материал после охлаждения в эксикаторе оставить стоять в бюксе с открытой крышкой на воздухе в лаборатории не менее чем на 10 ч для получения воздушно-сухой навески. Взвесив бюкс с материалом после подсушивания, находят потерю влаги. Подсушенный и охлажденный материал размалывают, берут навеску (около 5 г) и далее анализ ведут, как было описано выше.

Вычисление общего содержания влаги ведут следую­щим образом. Было взято а граммов зерна и после под­сушивания получено b граммов. Потеря влаги (а— b) граммов.

Высушенное зерно размололи и взяли навеску с граммов, которая после высушивания приобрела массу d граммов. Следовательно, с граммов помола потеряла влаги (c—d) граммов, или на 1 грамм , а на все количество подсушенного и измельченного зерна граммов.

Общая потеря воды (г) рассчитывается по формуле (6.2)

Пвод. общ= (6.2)

Общая влажность исследуемого материала в процентах рассчитываем по формуле (6.3).

w=, (6.3)

где: а — масса влажного материала, г;

b —масса подсушенного материала, г;

с — масса подсушенного помола, взятая на окончательное, вы­сушивание, г;

d—масса высушенного помола, г.

Пример. На анализ взято влажное пшеничное зерно. Масса бюк­са 10,50 г, масса бюкса с навеской зерна 30,75 г. Масса зёрна, взя­того на под сушив ание, а=30,75—10,50=20,25 г. Масса бюкса с на­веской после подсушивания 29,90 г. Масса зерна после предвари­тельной подсушки b=29,90—10,50 = 19,40 г. На окончательное высу­шивание взято помола с= 15,70—10,50=5,2 г, где 15,70 — масса бюкса с навеской помола. Масса после высушивания 14,91 г. Масса помола зерна после высушивания d= 14,86—10,50=4,36 г.

Влажность зерна составит по формуле (6.3)

w==19,68%

Тема: Определение плотности и влажности древесины весовым методом

Цель: Определить плотность и влажность древесины высушиванием.

Приборы и материалы: бюкс, сушильный шкаф, технические и аналитические весы, эксикатор, древесные опилки, штангенциркуль, образец древесины кубической формы.

Теоретические сведения

Плотность древесины – физическое свойство, характеризующее отношение массы сухого материала к его объему. Этот показатель учитывается при перевозке, обработке и применении дерева. Плотность древесины используется при проведении физико-математических расчетов во время сортировки пиломатериалов.

Выделяют следующие виды плотности древесины:

— Удельный вес (условная или базисная плотность): характеризует отношение массы сухого древесинного вещества к его объему.

— Объемный вес (средняя плотность): определяет отношение массы структурированного физического тела во влажном состоянии к его объему.

В древесине присутствует большое количество межклеточных пространств, называемых пустотами. Древесинное вещество получается при помощи спрессовывания дерева. В результате пустоты полностью исчезают. Плотность спрессованной древесины меньше удельного веса древесинного вещества. Чем выше величина этого показателя, тем прочнее материал. Древесина с большим удельным весом труднее поддается обработке и не пропитывается антисептиками.

Средняя плотность древесины (масса единицы объема материала в естественном состоянии) измеряется по определенному алгоритму:

— Образец дерева выдерживается до влажности 12%

— Делается замер размера образца и его веса.

— На основе полученных параметров производится вычисление объема древесины. Заготовку помещают в дистиллированную воду на трое суток до тех пора, пока толщина не увеличится на 0.1 мм.

— Предыдущие параметры заново измеряются и рассчитывается максимальный объём увлажненной древесины.

— Заготовка проходит сушку и повторно взвешивается. Масса сухого образца делится на максимальный объем. Результат вычислений будет являться базисной плотностью.

— Повторно измеряется масса сухой заготовки. На основе этих значений вычисляется удельный вес древесины.

Средняя плотность вычисляется по формуле:

где m – масса образца, г;

Vмат – объем материала, г/см³.

Содержание влаги в древесине характеризует влажность – отношение массы воды, содержащейся в данный момент в порах и на поверхности материала, к массе его в сухом состоянии.

Различают относительную и абсолютную влажность.

Относительной влажностью древесины называется отношение массы воды, находящейся в данном объеме древесины, к массе влажной древесины, выраженное в процентах:

W = ((m₁ – m₂) / m₁)*100

где W – влажность древесины, %;

m₁ – масса образца влажной древесины, г;

m₂ – масса образца абсолютно сухой древесины, г.

Влажностью (абсолютной) древесины называется отношение массы воды, находящейся в данном объеме древесины, к массе абсолютно сухой древесины, выраженное в процентах:

W = ((m₁ – m₂) / m₂)*100,

где W – влажность древесины, %;

m₁ – масса образца влажной древесины, г;

m₂ – масса образца абсолютно сухой древесины, г.

В практике влажность определяют методом высушивания и приборами – электровлагомерами. Первый метод заключается в том, что пробу (образец) взвешивают на аналитических весах и высушивают в специальных сушильных шкафах до постоянной массы.

Второй способ, основанный на изменении электропроводности древесины в зависимости от ее влажности.

В древесине различают воду связанную (гигроскопическую) и свободную (капиллярную). Свободная вода заполняет полости клеток и пространства между клетками, а связанная пропитывает клеточные стенки. Свободная вода из древесины удаляется легко, удаление связанной воды требует дополнительных затрат энергии.

Общее количество воды в древесине складывается из свободной и связанной. Максимальное количество связанной воды составляет примерно 30% и мало зависит от породы древесины. Предельное количество свободной воды зависит от плотности, то есть от того, как велик объем пустот в древесине, который может быть заполнен водой.

Состояние древесины, при котором клеточные стенки содержат максимальное количество связанной воды, а в полостях клеток находится воздух, называется пределом гигроскопичности W_п.г.. Пределу гигроскопичности соответствует максимальная влажность клеточных стенок при увлажнении древесины в насыщенном водой воздухе и равная примерно 30% при температуре 20°С.

Предел насыщения клеточных стенок W_п.н. – это максимальная влажность клеточных стенок, достигаемая при хранении древесины в воде.

Для пород умеренного климата влажность при пределе насыщения клеточных стенок составляет примерно 30%.

При изменении количества гигроскопической воды размеры и свойства древесины значительно меняются.

Различают следующие степени влажности древесины:

мокрая – длительное время находившаяся в воде, ее влажность выше 100%;

свежесрубленная – влажность 50…10%;

воздушно-сухая – долгое время хранившаяся на воздухе – 15…20% (в зависимости от климатических условий и времени года);

ккомнатно-сухая– влажность 8…12%;

абсолютно сухая – влажность древесины около 0%.

Содержание воды в стволе растущего дерева изменяется по высоте и радиусу ствола, а также в зависимости от времени года.

Влажность заболони сосны в три раза выше влажности ядра. У лиственных пород изменение влажности по диаметру более равномерное.

По высоте ствола влажность заболони у хвойных пород увеличивается вверх по стволу, а влажность ядра не изменяется. У лиственных пород влажность заболони не изменяется, а влажность ядра вверх по стволу снижается.

У молодых деревьев влажность выше и ее колебания в течении года больше, чем у старых деревьев. Наибольшее количество воды содержится в зимний период (ноябрь – февраль), минимальное – в летние месяцы (июль – август). Содержание воды в стволах изменяется в течении суток; утром и вечером влажность у деревьев выше, чем днем.

При длительном хранении срубленной древесины на воздухе или в помещении вода испаряется. При этом удаляется свободная влага, находящаяся в полостях клеток, а затем и связанная.

Усушкой называется уменьшение линейных размеров и объема древесины при высыхании. Усушка начинается с того момента, когда из древесины начнет удаляться связанная влага, то есть при снижении влажности древесины от предела насыщения клеточных стенок (30%)до абсолютно сухого состояния.

Влагопоглощением древесины называется ее способность увеличивать содержание связанной веды за счет поглощения паров воды из воздуха. Влагопоглощение зависит от температуры и относительной влажности воздуха.

Поглощение воды из воздуха происходит постепенно, замедляясь до предела гигроскопичности. Влагопоглощение не зависит от породы древесины.

Влагопоглощение древесины относится к ее отрицательным свойствам. Для уменьшения влагопоглощения применяют различные способы защиты древесины: покрытие красками и лаками, термическую обработку, пропитку искусственными смолами.

Разбуханием называется увеличение линейных размеров и объема древесины при повышении содержания связанной воды. Это происходит при увлажнении древесины и представляет собой явление, обратное усушке. Разбухание наблюдается при увеличении влажности от нуля до предела насыщения клеточных стенок; увеличение свободной воды не вызывает разбухание.

Водопоглощение – способность древесины поглощать воду при непосредственном контакте с водой. При этом в древесине увеличивается содержание как связанной, так и свободной воды. При максимальной влажности клеточные стенки насыщены связанной, а полости – свободной водой.

Водопоглощение зависит от породы, начальной влажности, температуры, формы и размеров древесины. У пород с меньшей плотностью водопоглощение больше, так как больше объем полостей, которые могут быть заполнены свободной водой. Наоборот, чем больше плотность, тем меньше водопоглощение древесины. Водопоглощение ядра меньше, чем заболони.

Ход работы

Задание 1

Используя исходные данные, определите среднюю плотность образца, внести показатели в лабораторный журнал 1.

Для измерения образца применяют штангенциркуль, измерения выполняют с погрешностью 0,1 мм. Каждую грань образца измеряют в трех местах по длине, ширине и высоте. За окончательный результат принимают среднее арифметическое трех измерений каждой играни.

Объем образца V (см³), имеющего форму параллелепипеда, вычисляют по формуле:

V=a*b*с

Где a, b, с – длина, ширина и высота образца, см.

После вычисления объема образец взвешивают на технических весах. Зная объем и массу образца, определяют его среднюю плотность. За окончательный результат принимают среднее арифметическое трех результатов испытаний.

лабораторный журнал 1

Показатель
Размеры образца, см:
высота	7
ширина	7
длина	7
Объем образца, см3
Средняя плотность образца, г/см3

Задание 2

Используя исходные данные, произведите расчет относительной и абсолютной влажности образца, внести показатели в лабораторный журнал 2.

Чистый пустой бюкс высушивают в сушильном шкафу при температуре 105±3^ºС до постоянной массы, охлаждают в эксикаторе над хлористым кальцием и взвешивают с точностью до 0,0002г. Постоянная масса считается достигнутой, когда разница в массе при двух последовательных взвешиваниях станет 0,1% от исходной массы бюкса. Взятую с точностью до 0,0002г навеску около 1г опилок сушат в бюксе при температуре 105±3ºС в течение 3 – 4 часа, затем, плотно закрыв бюкс крышкой (перед тем как вынуть его из сушильного шкафа), охлаждают в эксикаторе и взвешивают. Перед взвешиванием крышку бюкса на короткое время приоткрывают, чтобы уравнять давление воздуха. Высушивание в течение 1 часа с последующим взвешиванием повторяют до достижения постоянной массы.

лабораторный журнал 2

Показатель
Масса бюксы, г:
без образца	10,5006
с влажным образцом	11,5009
с образцом после высушивания
	1-е	11,5003
	2-е	11,5002
	3-е	11,5002
Масса образца, г:
влажного	1,0003
сухого	0,9996
Влажность образца относительная, %
Влажность образца абсолютная, %

Задание 3

Дайте ответы на контрольные вопросы, согласно варианта.

1 вариант

Дайте определение относительной влажности. Запишите формулу.

Охарактеризуйте виды влаги, содержащейся в древесине.

Дайте характеристику пределу гигроскопичности.

Поясните, что такое «предел насыщения клеточных стенок».

Охарактеризуйте понятие «усушка» древесины.

2 вариант

Охарактеризуйте понятие «влагопоглощение».

Охарактеризуйте понятие «разбухание».

Опишите методику определения влажности древесины высушиванием.

Дайте определение абсолютной влажности. Запишите формулу.

Назовите степени влажности.

Вывод (учащиеся делают самостоятельно)