พิโคโนมิเตอร์ที่ปรับค่าปริมาตรที่แน่นอนแล้วพร้อมด้วยเทอร์โมมิเตอร์, pycnometer with thermometer, Specific gravity bottles with ground joint thermometer

พิโคโนมิเตอร์ที่ปรับค่าปริมาตรที่แน่นอนแล้วพร้อมด้วยเทอร์

โมมิเตอร์, pycnometer with thermometer, Specific

gravity bottles with ground joint thermometer

       ท่านครับน้ำบริสุทธิ์นั้นสามารถจะมีสถานะได้ทั้งสามสถานะ

คือเป็นของแข็ง(เป็นน้ำแข็ง) เป็นของเหลว(เป็นน้ำธรรมดา) และเป็นก๊าซ

(อยู่ในรูปของไอน้ำ)

น้ำที่อยู่ในสถานะของของเหลวนั้นจะมีความหนาแน่นมากที่สุดครับ

แต่ถึงอย่างไรก็ตามแต่น้ำที่อยู่ในรูปของของเหลวนั้นความหนาแน่นใน

แต่ละอุณหภูมิก็ยังไม่เท่ากันคือความหนาแน่นของมันจะผันแปรไปตาม

อุณหภูมิที่เปลี่ยนไป แต่ว่ามันจะเปลี่ยนไปไม่มากจนเกินไปนัก

(ตามตารางที่อยู่ข้างบน)

ถ้าจะถามว่าแล้วที่อุณหภูมิใดที่น้ำจะมีความหนาแน่นมากที่สุด

อันนี้ฝรั่งบอกมาว่าที่อุณหภูมิ 4 องศาเซลเซียส

น้ำที่อยู่ในรูปของเหลวจะมีความหนาแน่นมากที่สุด

คือจะมีความหนาแน่นอยู่ที่ 999.9720 kg/m³ แต่ว่าหน่วยทั่วไป ๆ

ที่เราใช้วัดความหนาแน่นของของเหลวมักจะวัดกันในหน่วย g/cm³

ด้วยความจริงที่ว่า 1 kg/m³ = 0.001 g/cm³

 เพราะฉะนั้นแล้ว 999.9720 kg/m³   ก็จะเท่ากับ 0.9999720

g/cm³ หรือประมาณ 1.000 g/cm³   นั่นเองครับ

แต่ถึงอย่างไรก็ตามน้ำที่อยู่ในรูปของของเหลวที่มีอุณหภูมิผิดไปจากนี้

ก็ยังจะคงมีความหนาแน่นที่ใกล้เคียงกับ

1.000 g/cm³เพียงแต่ตัวเลขจะเริ่มคลาดเคลื่อนไปสักเล็กน้อยเช่นน้ำที่

อุณหภูมิ 30 องศาเซลเซียสจะมีความหนาแน่นที่ 0.9956502

g/cm³ ส่วนน้ำที่มีความหนาแน่นที่ 10

องศาเซลเซียสก็จะมีความหนาแน่นที่ 0.9997026 g/cm³ 

เป็นต้น(ห่างกันก็เพียงหลังจุดทศนิยมตำแหน่งที่ 3-4)

     ความหนาแน่นของน้ำที่ไม่เท่ากันนั้นหมายถึงอะไร

คำตอบคือน้ำนั้นจะเริ่มมีน้ำหนักที่ไม่เท่ากันเมื่ออุณหภูมิของน้ำเปลี่ยนไป

กล่าวว่าน้ำที่เป็นของเหลวที่อุณหภูมิ 4 องศาเซลเซียสนั้น

น้ำหนักของน้ำจะเกือบเท่าหรือเรียกว่าเท่าก็ได้เมื่อเทียบกับปริมาตรต่อ

หน่วยที่นำมาวัด เช่นที่อุณหภูมิ 4 องศาเซลเซียส

หากท่านตวงน้ำกลั่นบริสุทธิ์ปริมาตร

1 ml. มาชั่ง ท่านก็จะชั่งน้ำหนักของน้ำได้เท่ากับ 0.9999720 กรัม

หรือพูดง่าย ๆ ก็คือที่อุณหภูมิ 4 องศาเซลเซียส

ไม่ว่าท่านจะตวงน้ำมาปริมาตรเ่ท่าไร

น้ำหนักของน้ำที่ชั่งได้เป็นกรัมก็จะเท่ากับปริมาตรน้ำที่ท่านตวงมานั่นเอง

เช่นตวงน้ำมาปริมาตร 1 ml. ถ้านำไปชั่งก็จะชั่งน้ำหนักน้ำได้ 1 กรัม

หรือหากตวงน้ำมา 10 ml. ก็จะชั่งได้ 10 กรัม หรือหากตวงมา 100 ml.

ก็จะชั่งน้ำหนักน้ำนั้นได้ 100 กรัม เป็นต้น

     แต่สิ่งที่น่าสังเกตุอีกอย่างคือที่อุณหภูมิของน้ำสูงขึ้นเรื่อย ๆ แล้ว

น้ำจะเริ่มมีความหนาแน่นที่น้อยลง(ดูตารางครับ)

นั่นหมายถึงว่าน้ำจะเริ่มมีน้ำหนักน้อยลงเรื่อย ๆ เช่นน้ำที่มีความร้อน

100 องศาเซลเซียส(เกือบ ๆ จะกลายเป็นไอ) เมื่อตวงน้ำปริมาตร 1 ml.

มาชั่งน้ำหนัก จะหาน้ำหนักของน้ำได้เท่ากับ 0.9584000 กรัม

ในขณะเดียวกันจุดที่น่าสังเกตุอีกอย่างก็คือ

ที่อุณหภูมิติดลบน้ำจะเปลี่ยนสถานะเป็นของแข็ง

ก็จะมีความหนาแน่นที่น้อยลงด้วยเช่นกันครับ(ตามกราฟด้านล่าง)

เพราะฉะนั้นแล้วน้ำแข็งไม่ว่าก้อนของมันจะเล็กขนาดอยู่ในแก้วน้ำ

หรือใหญ่จนเป็นภูเขาน้ำแข็ง น้ำแข็งก็ยังคงลอยน้ำได้เสมอ

    ซึ่งในตอนที่เรียนระดับชั้นมัธยมหรือมหาวิทยาลัยแล้วเวลาคำนวนค่าใน

ข้อสอบก็มักจะอนุโลมให้ใช้

ตัวเลขความหนาแน่นของน้ำบริสุทธิ์ที่ 1.000

g/cm³ เมื่อใดก็ตามแต่ที่น้ำนั้นอยู่ในสถานะของเหลว(ไม่สนใจอุณหภูมิ)

วิธีการใช้งานพิโคโนมิเตอร์ที่ปรับค่าปริมาตรที่แน่นอนแล้วพร้อมด้วย

เทอร์โมมิเตอร์

สิ่งแรกที่ต้องทำคือให้ใช้พิโคโนมิเตอร์นี้ทั้งชุดลงตาชั่ง 3 ตำแหน่ง

(หรือมากกว่านี้ก็ได้) หน่วยเป็นกรัม แล้วจดบันทึกค่าที่ชั่งได้ไว้ก่อน

จากนั้นก็นำพิโคโนมิเตอร์ทั้งชุดนี้ลงจากตาชั่งแล้ว

นำเทอร์โมมิเตอร์ออกและนำฝาปิดตรงจงอยปาก(Spout) ออกด้วย

จากนั้นก็ให้เติมสารที่ต้องการวัดความหนาแน่นลงไปขวดพิโคโนมิเตอร์นี้

ให้เต็มจนถึงปากขวด

จากนั้นก็ให้ใส่เทอร์โมมิเตอร์ลงไปเหมือนเดิม

ซึ่งเมื่อท่านใส่เทอร์โมมิเตอร์ลงไป

 เทอร์โมมิเตอร์นี้ก็จะไปแทนที่สารในขวด เพราะฉะนั้นแล้ว

สารในขวดก็จะล้นออกมาทั้งทางปากขวดเองและตรงจงอย(Spout)

ให้ท่านเช็ดสารนี้ด้วยกระดาษซับน้ำ ให้แห้งสนิทก่อน

จึงค่อยปิดฝาตรงจงอย(Spout)

แต่ทั้งนี้แล้วท่านต้องระวังด้วยครับ

ว่าต้องใส่เทอร์โมมิเตอร์ลงไปก่อนที่จะปิดฝาตรงจงอย(Spout)

ห้ามปิดฝาจงอยก่อนแล้วมาใส่เทอร์โมมิเตอร์ทีหลัง

เพราะว่าจะเป็นการทำที่ผิดวิธี และการวัดค่าจะไม่ตรงกับความเป็นจริง

จากนั้นก็นำทั้งชุดนี้ขึ้นชั่งบนตาชั่ง 3 ตำแหน่งอีกครั้งครับ

แล้วจดค่าที่ตาชั่งอ่านได้

จากนั้นก็แปรค่า

โดยให้จดบันทึกอุณหภูมิของสารในขวดพิโคโนมิเตอร์ที่อ่านได้ก่อนว่า

เป็นกี่องศาเซลเซียส

สำหรับเทอร์โมมิเตอร์ของขวดพิโคโนมิเตอร์นี้จะสามารถอ่านค่าอุณหภูมิ

ได้ในช่วง 10 ถึง 35 องศาเซลเซียส แต่ทั้งนี้แล้วขวดพิโคโนมิเตอร์ขวดนี้

Adjusted หรือปรับค่าอุณหภูมิมาตรฐานที่ 20 องศาเซลเซียสครับ

เพราะฉะนั้นแล้วสารที่นำมาหาค่าความหนาแน่นนี้

ถ้าวัดอุณหภูมิแล้วได้โดยประมาณ 20

องศาเซลเซียสก็จะทำให้การหาความหนาแน่นครั้งนี้แม่นยำมากขึ้น

     นำค่าของกรัมที่ตาชั่ง ชั่งชุดของขวดพิโคโนมิเตอร์ที่มีสารบรรจุเต็ม

เป็นตัวตั้ง แล้ว

ลบด้วยชุดของขวดพิโคโนมิเตอร์นี้ที่ชั่งตอนที่ยังไม่ได้เติมสารลงไป

นำค่าที่อ่านได้มาเป็นตัวตั้งแล้วหารด้วยปริมาตรที่แน่นอนของ

ขวดพิโคโนมิเตอร์ขวดนี้

ซึ่งปริมาตรข้างขวดของขวดพิโคโนมิเตอร์นี้จะมีตัวเลขกำกับไว้แล้ว คือ

24.835 ml. ท่านก็จะได้ค่า

ความหนาแน่นของสารเคมีของสารที่ท่านทำการหาความหนาแน่นนี้

      อีกจุดหนึ่งที่น่าสนใจก็คือ

เครื่องแก้วอุปกรณ์วิทยาศาสตร์ที่เกี่ยวกับการตวง

หากเป็นเครื่องแก้วที่ได้มาตรฐานแล้ว ที่ภายนอกภาชนะนั้น

มันจะไม่เพียงระบุแค่ปริมาตรของเครื่องแก้วนั้น ๆ เพียงอย่างเดียว

แต่กลับจะระบุตัวเลขอุณหภูมิกำกับไปด้วย

อย่างเช่นพิโคโนมิเตอร์ในภาพข้างบนระบุปริมาตรที่ 25.294 ml.

ทั้งนี้ยังมีตัวเลข 20 องศาเซลเซียสกำกับด้วย

ซึ่งตรงจุดนี้ผู้ผลิตเครื่องแก้วจะหมายความถึงว่า

ผู้ผลิตเขาคาลิเบรตเครื่องแก้วใบนี้มาตอนอุณหภูมิของ

น้ำอยู่ที่ 20 องศาเซลเซียสเพื่อใช้หาปริมาตรขวดที่แน่นอน

ซึ่งตอนที่น้ำมีอุณหภูมิ 20

องศาเซลเซียสนี้จะหาปริมาตรที่แน่นอนของขวดใบนี้ที่ 25.294 ml. ครับ

เพราะผู้ผลิตเครื่องแก้วเขาทราบแล้วว่าที่อุณหภูมิไม่เท่ากัน

ความหนาแน่นของน้ำจะไม่เท่ากัน

ฉะนั้นแล้วถ้าผู้ใช้ต้องการตัวเลขที่ตรงมาก ๆ

แล้วเวลานำขวดพิโคโนมิเตอร์นี้ไปใช้งาน

ถ้าหากเป็นไปได้ก็ควรให้สารที่จะวัดนั้นมีอุณหภูมิขณะวัดอยู่ที่ 20

องศาเซลเซียสไปด้วยครับ ค่าที่วัดได้จึงจะตรงและถูกต้องที่สุด

ตัวอย่างเครื่องแก้ววิทยาศาสตร์อื่น ๆ

ที่เกี่ยวกับการตวงสารซึ่งต้องการความแม่นยำและมักจะมีอุณหภูมิกำกับ

อยู่ด้วย ก็อาทิเช่น ไปเปต, บิวเรต, วอรูมเมติคฟลาส, กระบอกตวง ฯลฯ

      แล้วอุณหภูมิของน้ำที่เปลี่ยนไป มีผลต่อสิ่งใด

สำหรับการใช้งานขวดพิโคโนมิเตอร์ เพื่อหาความหนาแน่นของสาร

อันนี้ตอบว่ามีผลในกรณีที่ผู้วัดต้องการตัวเลขที่มีความแม่นยำมาก ๆ

เช่นต้องการบันทึกอุณหภูมิในขณะหาความหนาแน่นของสารไปด้วย

เพื่อใช้อ้างอิงในรายงานบันทึก

หรืออีกกรณีหนึ่งคือเจตนาต้องการวัดค่าความถ่วงจำเพาะของของสาร

(หา Specific Gravity ของสาร) 

       โดยปกติแล้ว ค่าความหนาแน่น(Density)

และค่าความถ่วงจำเพาะ(Specific Gravity) ของสารนั้น

จะใกล้เคียงกันมาก ๆ ครับ จนแทบจะถือได้ว่าใช้แทนกันได้

แต่ถึงอย่างไรตัวเลขของค่าความหนาแน่นและความถ่วงจำเพาะก็ไม่เท่า

กันพอดีเป๊ะครับ คือจะผิดไปสักเล็กน้อย(ตามอุณหภูมิที่เปลี่ยนไป)

ค่าความถ่วงจำเพาะนี้ไม่มีหน่วยครับ

เพราะว่าสูตรของการหาค่าความถ่วงจำเพาะคือ 

ความหนาแน่นของของเหลวชนิดนั้น/ความหนาแน่นของน้ำ

   ส่วนสูตรการหาความหนาแน่นของของเหลวคือ

มวลของของเหลวนั้น/ปริมาตรของของเหลวนั้นที่ถูกน้ำแทนที่

เพราะฉะนั้นแล้วตามสมการข้างบน

เมื่อแทนค่าลงไปในสูตรหาค่าความถ่วงจำเพาะของสารแล้ว

หน่วยของค่าความถ่วงจำเพาะของสารก็จะหมดไป(คือไม่มีหน่วย)

เพราะว่าถูกตัดหน่วยทั้งตัวตั้งและตัวหารออกไปแล้ว

แต่โดยปกติแล้วความหนาแน่นของน้ำบริสุทธิ์มักจะคิดที่ค่า 1.000 เสมอ

(โดยเงื่อนไขผู้วัดไม่สนใจเรื่องอุณหภูิมิ)

เมื่อนำค่านี้ไปเป็นตัวหารจึงไม่มีผลอะไร

เพราะฉะนั้นจึงทำให้ค่า Density ไปเท่ากับค่า Specific Gravity

แต่ในความเป็นจริงถ้าเราสนใจในเรื่องของอุณหภูมิน้ำแล้ว

ถ้าหากว่าอุณหภูมิของน้ำเปลี่ยนไปแล้วค่าความหนาแน่นของน้ำจะ

เปลี่ยนไปตามอุณหภูมิ(ตามตารางข้างบน) ซึ่งเมื่อนำมาหารตอนหา่ค่า

Specific Gravity แล้ว จึงควรจะทำให้ค่า Specific Gravity

เริ่มผิดไปจากค่า Density แต่อย่างไรก็ตามแต่จะผิดไปไม่มากนักครับ

ท่านลองสมมติค่าความหนาแน่นขึ้นมาัสักค่าแล้วลองหารด้วยความหนา

แน่นของน้ำที่อุณหภูมิต่าง ๆ (ท่านทดลองแทนค่าในกระดาษได้ครับ)

       ด้วยเหตุนี้ขวดพิโคโนมิเตอร์ที่ออกแบบมามีเทอร์โมมิเตอร์เพื่อให้วัด

อุณหภูมิของสารในขวดได้ด้วย

จึงมีประโยชน์ในกรณีผู้ใช้เจตนาจะหาค่าความถ่วงจำเพาะของสารหรือ

ต้องการบันทึกค่าอุณหภูมิขณะัวัดไปด้วยในกรณีที่วัดค่าความหนา

แน่นอย่างเดียว

  ขวดพิโคโนมิเตอร์ในลักษณนี้จะสามารถถอดเทอร์โมมิเตอร์ออกมาได้

ซึ่งจุดนี้จะเป็นจุดเติมสารลงไปในขวดได้ด้วย ส่วนขาด้านขวามือนั้น

จะมีจุกปิดอยู่ เวลาท่านเติมสารลงไปต้องถอดจุกปิดออกก่อน

เวลาที่เติมสารลงไปและเสียบเทอร์โมมิเตอร์ลงไปแล้ว

สารในขวดก็จะล้นออกมาทั้งทางจุดเติมสาร(จุดที่ปิดด้วยเทอร์โมมิเตอร์)

และที่ขาด้านขวานี้

ให้ท่านปิดฝาจุกที่ขานี้ให้เรียบร้อยก่อนเช็ดขวดพิโคโนมิเตอร์ให้แห้ง

สนิท แล้วนำไปชั่งตามวิธีการหาค่าความหนาแน่นด้วยขวดพิโคโนมิเตอร์

คุณสมบัติของพิโคโนมิเตอร์ที่ปรับค่าปริมาตรที่

แน่นอนแล้วพร้อมด้วยเทอร์โมมิเตอร์

• made of borosilicate glass 3.3 ทำด้วยแก้วโบโรซิริเคท 3.3 ซึ่งเป็นแก้วที่ทนต่อการขยายตัวของความร้อนและสารเคมีได้เป็น
• อย่างดี

• very good chemical resistance  ทั้งนี้เป็นแก้วที่ทนทานต่อการกัดกร่อนของสารเคมีได้ด้วย

• minimal thermal expansion  แก้วชนิดนี้แม้ว่าจะสัมผัสกับอุณหภูมิสูง ๆ แต่ก็มีการขยายตัวที่น้อยมาก ๆ 

• high resistance to thermal shocks เป็นแก้วที่แตกได้แยก ถ้าสัมผัสกับอุณหภูิมิสูง ๆ เช่นอยู่ในอ่างน้ำความร้อน(water baht) หรือเข้าไปใน ตู้อบ(Oven) แต่ทั้งนี้แล้วจะต้องห้ามให้แก้วสัมผัสกับเปลวไฟโดยตรงครับ เช่นนำไปเผาตรง ๆ กับเปลวไฟ มิเช่นนั้นจะแตกได้

• lateral capillary tube with glass cap on ground joint ด้านข้างของขวดมีขา

• measuring range of thermometer: 10 to 35 °C สำหรับเทอร์โมมิเตอร์ที่อยู่ในขวดนั้นสามารถวัดอุณหภูมิได้ในช่วง 10 ถึง 35 องศาเซลเซียส

• mercury filling เป็นเทอร์โมมิเตอร์แบบปรอท

• calibrated at 20 °C (”In”) showing the actual capacity ± 0.001 ml. The exact capacity is durably engraved into the glass ขวดพิโคโนมิเตอร์นี้คาลิเบรตปริมาตรที่แน่นอนที่ 20 องศาเซลเซียส ทั้งนี้แล้วปริมาตรของขวดที่แน่นอน(exact capacity) จะถูกจารไว้ที่ภายนอกขวด
  

   ขวดพิโคโนมิเตอร์ที่ปรับค่าปริมาตรที่แน่นอนแล้วพร้อมด้วย

เทอร์โมมิเตอร์

จะมีตัวเลขปริมาตรที่แน่นอนของขวดจารไว้ที่ด้านนอกของขวดครับ

อย่างเช่นขวดที่เห็นด้านบนนี้จะมีปริมาตรในขวดที่แน่นอนเมื่อคาลิเบรต

ด้วยน้ำกลั่นบริสุทธิ์ที่อุณหภูมิ 20 องศาเซลเซียส อยู่ที่ 25.294 ml. ครับ

ซึ่งตัวเลขนี้ผู้ใช้สามารถนำไปใช้ได้ทุกครั้งที่ใช้งานขวดเลยครับ 

ในส่วนของภายในขวดนั้นเทอร์โมมิเตอร์ก็จะจุ่มอยู่ในของเหลวเพื่อทำ

การวัดอุณหภูมิได้(ตามรูปบน)

   ผมมีคลิปด้านล่างเรื่องนิยามของค่า Density และ Specific Gravity

ท่านสามารถทบทวนได้ครับ ดูแล้วเข้าใจง่ายมาก ๆ 

สนใจผลิตภัณฑ์ขวดพิโคโนมิเตอร์ที่ปรับค่าปริมาตรที่แน่นอนแล้วพร้อม

ด้วยเทอร์โมมิเตอร์ Adjusted pycnometer with thermometer

ผมอนันต์ครับ Tel.0868910596

 สำหรับเครื่องชั่งซึ่งมีความละเอียดหลังจุดทศนิยม 3 ตำแหน่งจำเป็น

อย่างยิ่งสำหรับการใช้งานควบคู่กับขวดพิโคโนมิเตอร์ คลิกที่ภาพเพื่อ

ตรวจสอบรายละเอียดได้ครับ