درجههای چگالیسنج
مقیاسهای چگالی مایعها بیرون از SI · کمیت: چگالی نسبی در 60 °F
بورس نفت چنان چیده شده که کالای سنگین ارزان از کار درمیآید: قیر Athabasca را با تخفیف میفروشند و ردهٔ سبک تگزاسی را با افزوده، و همهٔ این اختلاف بها در قرارداد با یک عدد نوشته میشود، با درجهٔ API. مقیاس آنان وارونهٔ نظم آشنای چیزهاست، زیرا هرچه مایع چگالتر باشد درجهٔ کمتری به آن میرسد. صفر بر مایعی سنگینتر از آب افتاد و به خود آب درست ده درجه دادند.
همان شناور شیشهای دو مقیاس دیگر نیز بر خود دارد که از پیشههای دیگر به ارث برده است: شیمیدان روی ساقه درجهٔ Baumé میخواند و دباغ و رنگرز درجهٔ Twaddell. هر سه از یک چیز سخن میگویند، از ژرفایی که دستگاه در مایع فرو رفته، اما هر یک این کار را با عددهای خود و در گسترهٔ خود میکند و بیرون از آن گستره بهسادگی خاموش میماند.
01 · تعریف
هر سه درجه چیزی نیستند جز چگالی نسبی که از نو نوشته شده است، یعنی نسبت چگالی مایع به چگالی آب، هر دو در همان دمای 60 °F. دستگاه در هر سه حالت یکی است، شناوری شیشهای با مقیاسی بر ساقه، و تنها در این تفاوت دارند که آن مقیاس با کدام فرمول بر شیشه نشانده شده است.
چگالیسنج هرچه مایع سبکتر باشد ژرفتر فرو میرود، زیرا درست به اندازهٔ وزن خود را کنار میزند، و ژرفای فرورفتن نه با چگالی بلکه با وارون آن متناسب از کار درمیآید. شکل فرمولها از همینجاست: در درجهٔ API و در شاخهٔ سبک Baumé چگالی در مخرج مینشیند، پس عددها به سوی مایعهای سبک بالا میروند، حال آنکه Twaddell اصلاً مخرجی ندارد — مقیاس او نسبت به چگالی خطی است و از آب تنها رو به بالا شمرده میشود.
مقیاس Baumé دو شاخه دارد، سنگین و سبک، و روی دستگاه همیشه نوشتهاند کدامیک نشانده شده است. هر دو از آب آغاز میشوند اما سپس از هم جدا میگردند: سنگین به سوی اسیدها و بازها میرود و سبک به سوی الکلها و سوخت. اشتباه گرفتنشان آسانتر از آن است که مینماید، و بر اسید قوی خطای گزینش شاخه به ده درجه میرسد.
خود عدد روی مقیاس تنها همراه با دمایی که در آن خوانده شده معنا دارد: شیشه برای 60 °F درجهبندی شده و نمونهٔ گرم ناگزیر چگالی کمتری میدهد. در بازرگانی نفت این اصلاح را با چشم برآورد نمیکنند، بلکه از جدولهای ASTM D1250 برمیدارند — نخست خوانده را به شصت درجهٔ مرجع بازمیگردانند و تنها پس از آن حجم و پول را میشمارند.
چگالی را جابهجا کنید: شناور بالا میآید یا فرو میرود و سه مقیاس جایگاه آن را هر یک به شیوهٔ خود میخوانند. هر کدام ناحیهٔ کور خود را دارد، و آنجا که دو مقیاس هنوز کار میکنند، سومی دیگر چیزی نشان نمیدهد.
خط سبز درجههای API است: با بالا رفتن چگالی پایین میآیند. نارنجی درجههای Twaddell است که برعکس بالا میروند. خطها در آب یکدیگر را قطع میکنند، جایی که API ده و Twaddell صفر میدهد، و سپس به دو سوی مخالف از هم دور میشوند: یک مقیاس برای نفت درجهبندی شده که از آب سبکتر است و دیگری برای اسیدها و بازها که سنگینترند. دستگاهی با هر دو مقیاس بر یک ساقه کسی نمیسازد، زیرا گسترهٔ مشترکشان بسیار تنگ است.
02 · تبدیل
یک عدد وارد کنید تا برگه بقیه را بدهد
همهٔ مقیاسها به یک چگالی نسبی در 60 °F بازمیگردند و از این رو دقیقاً به یکدیگر تبدیل میشوند. نادرستی تنها آنجا پدید میآید که خوانده در دمایی دیگر گرفته شده و بر پایهٔ جدول به مرجع بازگردانده نشده باشد.
ضریب شاخهٔ سنگین Baumé را در کشورهای گوناگون متفاوت گرفتهاند — 144,3، 145 یا 146,3 — و کلید گزینش ضریب در تنظیمهای ریز برگه گذاشته شده است: بر اسید قوی تفاوت همان در رقم نخست پیداست.
پانزده و نیم درجهٔ سلسیوس نه عددی گرد است و نه هوس کسی: درست 60 °F است، همان شصت درجهٔ آشنای دماسنج آمریکایی که همهٔ حساب نفت بر آن تکیه دارد. نمونهٔ گرم درجهٔ API بیشتری از آنچه هست نشان میدهد، و در محمولهای به بزرگی یک نفتکش این تفاوت دیگر با پول شمرده میشود؛ از این رو خوانده را نخست به مرجع بازمیگردانند و تنها پس از آن در حجم ضرب میکنند.
| یادداشت | |||
|---|---|---|---|
| {u} | {name} | {value} | {note} |
03 · مرتبههای بزرگی
مقیاس لگاریتمی: از هوا تا اسمیم04 · ابزارهای اندازهگیری
چگالی مایع را با چه میسنجند
شناوری با ساچمه در شکم و مقیاسی بر ساقه: آن درجهای خوانده میشود که با سطح مایع برابر افتاده است. یک دستگاه نوار تنگی از چگالیها را در بر میگیرد، از این رو آنها را دستهای شش تا نُهتایی در جعبه میفروشند. روش در ASTM D1298 آمده و هنوز هم در تحویل نفت معتبر است.
ظرفی با حجم معلوم را تهی و پُر وزن میکنند و در گرماپای نگه میدارند. از میان راههای مکانیکی این دقیقترین است: رقم پنجم چگالی با اطمینان به دست میآید. بهایش زمان است، هر نمونه نزدیک نیم ساعت میبرد — در عوض خودِ چگالیسنجها را درست با پیکنومتر میسنجند.
لولهٔ خمیده را در بسامد ویژهٔ خودش به نوسان درمیآورند، و هرچه درونش چگالتر باشد کندتر مینوسد. دستگاه چگالی را از دورهٔ نوسان میشمارد و خود آن را به 60 °F بازمیگرداند. یک میلیلیتر نمونه بس است و پاسخ نیم دقیقهای میآید — در آزمایشگاه چنین دستگاهی دیرزمانی است شناور را کنار زده است.
در خط لوله چگالی پیوسته لازم است و آنجا جرمسنج میگذارند: دو حلقه را به نوسان درمیآورد و از پیچش آنها یکجا دبی جرمی و چگالی را تعیین میکند. درجهٔ API را دستگاه همان دم میدهد، چنانکه عدد بینمونه و بیآدمی به گزارش بازرگانی میرسد.
05 · قواعد نگارش
عددی بدون شاخه و بدون درجهٔ فارنهایت هیچ معنایی ندارد
نشانهٔ درجه پیش از حرفها و چسبیده به آنها گذاشته میشود و مقدار با فاصله جدا میگردد. برای Baumé شاخه را همیشه باید نوشت، سنگین یا سبک. در درجهٔ API انداختن دما تنها از آن رو رواست که همیشه یکی است، 60 °F؛ اگر نمونه در دمای دیگری سنجیده شده باشد، آن را جداگانه میآورند.
نوشتار سوم کمیت را با مقیاسش درمیآمیزد: چگالی با کیلوگرم بر متر مکعب سنجیده میشود، حال آنکه درجهٔ API عددی بدون بُعد است که از چگالی به دست میآید. خطای چهارم در کارگاه از همه رایجتر است: اسید سولفوریک 66 °Bé نزدیک 93 % مونوهیدرات دارد و هرگز 66 %. درصد تنها نزد Brix و Plato با درجه یکی میشود، آنجا که مقیاس از آغاز چنین اندیشیده شده است.
06 · یکاهای همسایه
از نظر معنا همهٔ مقیاسهایی نزدیکاند که در آنها چگالی به عددهای درخور صنعت بازنویسی شده است: قند را با Brix میشمارند، شیرهٔ انگور را با Oechsle و نفت را با API — و زیر همهٔ آنها یک چگالی نسبی بدون بُعد خوابیده است.
مقیاس وارونه پیش میرود
دو شاخه از آب
نسبت به چگالی خطی
از شناسنامههای Simetrium نزدیکترینها چگالی بر حسب kg/m³، که هر سه مقیاس به آن بازمیگردند، درجهٔ Brix و درجهٔ Plato با جدولهای قندشان، بشکه، که نفت در آن با حجم شمرده میشود، و بشکهٔ معادل نفت، که در آن گرمای احتراق به حجم افزوده میشود.
07 · بخش تاریخی
نمک، چرم و نفت
Antoine Baumé ساقه را بر پایهٔ دو نقطه درجهبندی کرد: آب پاک به او صفر داد و محلولی از پانزده بخش نمک در هشتاد و پنج بخش آب، پانزده. فاصلهٔ میان این دو نشانه را یکسان بخش کرد و مقیاسی پدید آمد که داروگران بیدرنگ پذیرفتند.
استاد اسکاتلندی William Twaddell بیفرمول از کار درآمد: هر درجه را پنج هزارم چگالی نهاد، چنانکه چیزی برای شمردن نماند. حمامهای سفیدگری و دباغی را در نواری تنگ بالای آب نگه میدارند و دباغان و پارچهبافان تا امروز به درجهٔ Twaddell سخن میگویند.
چگالیسنجهای نفتی آمریکایی را دهها سال با ضریب 141,5 درجهبندی کردند، هرچند فرمول Baumé 140 میخواست. ادارهٔ استانداردها چون این ناسازگاری را یافت، ترجیح داد شیشه را از نو نسازد بلکه آن را قانونی کند — و مقیاس API چنین پدید آمد.
چگالی را در آزمایشگاه دیرزمانی است با لولهٔ مرتعش میگیرند و در لوله با جرمسنج، اما قراردادهای نفت هنوز به درجهٔ API نوشته میشوند و افزودهٔ ردهٔ سبک بر پایهٔ آنها شمرده میشود. مقیاس از دستگاه خود بیشتر زیست: عددها همان ماندند و در این زنجیره دیگر شناوری نیست.
یکایی که نه معیاری دارد و نه صفرش سر جای خود است
خودِ درجهٔ API را نمیتوان کالیبره کرد: چگالیسنج را کالیبره میکنند و درجه بر پایهٔ فرمول از چگالی بیرون میآید. در این زنجیره باید دو کمیت را وارسید، چگالی و دما، و دومی از نخستی سنگینتر مینشیند. نفت گرم سبکتر است و درجهٔ بیشتری میدهد، پس بر پایهٔ قرارداد گرانتر است؛ از این رو دمای نمونه را همراه با خوانده مینویسند و اصلاح را از جدولها برمیدارند، نه از حافظه.
صفر این مقیاس نه بر آب که بر چگالی 1,076 ایستاده است، آنجا که آب دیرزمانی است پشت سر مانده. فرمولی که برای مایعهای سبکتر از آب اندیشیده شده بود چنین خواست: صفرش بیرون از هر معنای فیزیکی افتاد. ردههای سنگین به درجههای منفی میروند و علامت منها در گزارش بازرگانی عجیب مینماید، اما یکسره عادی شمرده میشود.
فهرست · یکاهای اندازهگیری
شناسنامهای برای هر کمیت
هفت یکای پایهٔ SI، بیست و دو یکای برآمده با نام ویژهٔ خود، و کمیتهای بیرون از دستگاه که بی آنها نه فن کار میکند نه گاهشمار.