Tiheduse määramine (Archimedes)
Ka: Archimedese tihedusmõõtmine, hüdrostaatiline kaalumine, veealune kaalumine
Purustusvaba meetod väärismetallide ehtsuse kontrollimiseks, mõõtes erikaalu Archimedese printsiibi järgi.
Tiheduse määramine Archimedese printsiibi järgi on üks kõige usaldusväärsemaid ja samas kõige kättesaadavamaid meetodeid väärismetalltükkide ehtsuse kontrollimiseks. Igal materjalil on iseloomulik erikaal – ehk kindel massi ja ruumala suhe –, mis muutub sulamite, võltsimismaterjalide või õõnsuste tõttu mõõdetavalt. Meetod on purustusvaba, ei vaja kemikaale ja on lihtsate vahenditega korratav.
Archimedese printsiip
Kreeka matemaatik Archimedes Syrakusast (u 287–212 eKr) mõistis, et vedelikku sukeldatud kehale mõjub üleslükkejõud, mis vastab täpselt väljatõrjutud vedeliku raskusele. Väärismetallide tiheduse määramisel tähendab see:
ρ_objekt = (m_õhk / (m_õhk − m_vesi)) × ρ_vesi
Tähised:
ρ_objekt= otsitav objekti tihedus (g/cm³)m_õhk= objekti kaal õhus (g)m_vesi= objekti kaal vette sukeldatuna (g)ρ_vesi= vee tihedus (≈ 0,9982 g/cm³ 20 °C juures)
Vahe m_õhk − m_vesi vastab üleslükkejõule ja seega väljatõrjutud vee ruumalale. Jagades õhukaalu selle ruumalaga, saame objekti tiheduse.
Samm-sammuline juhend
- Kaalu objekt kuivalt – kasuta täppiskaalu vähemalt 0,01 g lahutusvõimega; märgi väärtus kui
m_õhk. - Valmista vesi ette – destilleeritud või filtreeritud vesi võimalikult ühtlasel temperatuuril (ideaalne 20 °C). Loe vee temperatuur ja tihedus ρ_vesi tabelist või eelda ≈ 0,9982 g/cm³.
- Sea üles veealune vahend – riputa objekt peene niidi või traadi otsas kaalukausi alla vette, ilma anuma põhja puudutamata. Paljudel täppiskaaludel on selleks konks.
- Kaalu vee all – märgi väärtus kui
m_vesi. - Arvuta tihedus – rakenda valemit; võrdle tulemust tabeli võrdlusväärtustega.
Oluliste väärismetallide ja võltsimismaterjalide võrdlustihedused
| Materjal | Tihedus (g/cm³) | Märkus |
|---|---|---|
| Kuld 999,9 (puhas kuld) | 19,32 | võrdlusväärtus |
| Kuld 750 (18 karaati) | 15,1–16,4 | sõltuvalt sulamist |
| Kuld 585 (14 karaati) | 13,0–14,5 | sõltuvalt sulamist |
| Volfram | 19,25 | levinuim kullavõltsing |
| Plaatina 999 | 21,45 | tunduvalt raskem kui kuld |
| Hõbe 999 | 10,49 | võrdlusväärtus |
| Hõbe 835 | 10,0–10,2 | tüüpiline söögiriistadele |
| Plii | 11,34 | vanemad võltsingud |
| Messing | 8,4–8,7 | odavad võltsingud |
| Vask | 8,96 | kullatuna raskesti tuvastatav |
Tabel näitab, miks volfram on kõige ohtlikum võltsimismeetod: 19,25 g/cm³ juures on see puhta kulla väärtusele 19,32 g/cm³ nii lähedal, et ainult ülitäpsed mõõtmised (±0,01 g/cm³) või täiendavad meetodid – näiteks röntgenfluorestsentsanalüüs või ultrahelikontroll – võimaldavad kindlat eristamist.
Tugevused ja piirid
Tugevused:
- Purustusvaba ja ilma kemikaalideta
- Tuvastab õõnsused, täidised ja valed sulamid usaldusväärselt
- Väikesed kulud: täppiskaal riputuskonksuga ja anum veega on piisav
- Sobib võrdselt kangidele, müntidele ja ehetele
Piirid ja veaallikad:
- Õhumullid objektil moonutavad üleslükkejõudu (rasvatusta objekt enne mõõtmist)
- Väga väikesed objektid (alla 1 g) nõuavad usaldusväärseks tulemuseks mikrokaale
- Kullaga kaetud kangide volframisüdamik võib viia koondtiheduse võrdlusväärtusele lähedale, kui suhe on paigas – siin on täiendavalt vajalik ultrahelikontroll või puurproov
- Tundmatu koostisega sulamid annavad ainult kahtlusväärtuse, mitte üheselt mõistetava puhtusastme
- Ebatasased pinnad (vermingud, rihveldused) ja külge jäänud õhk nõuavad hoolikat ettevalmistust
Kombineerimine teiste kontrollimeetoditega
Kindla hinnangu jaoks soovitatakse tiheduse määramist kasutada esimese astmena mitmeastmelises kontrolliprotokollis:
- Tiheduse määramine – kiire jämehinnang (võltsing või usutav)
- Magnettest – välistab ferromagnetilised võltsimismaterjalid
- Helitest – annab vihjeid õõnsuste kohta
- Röntgenfluorestsentsanalüüs (RFA) – täpne elementkoostis pinnal
- Happetest – keemiline tõestus kullatud võltsingute kahtluse korral
Müntide ja kangide jaoks, mille väärtust hinnatakse praeguse kulla hinna järgi, pakub tiheduse määramine kindlat esmast orientiiri, enne kui edasimüüja või afineerimistehas tüki ametlikult hindab.
Praktiline nõuanne: temperatuurikorrektsioon
Veel on suurim tihedus 4 °C juures (1,0000 g/cm³). Toatemperatuuril 20 °C on see 0,9982 g/cm³. Kes soovib mõõta ±0,05 g/cm³ täpsusega, peaks mõõtma tegeliku vee temperatuuri ja kasutama vastavat tihedusväärtust võrdlustabelist. Enamiku kodukontrollide jaoks piisab ligikaudsest väärtusest 0,998 g/cm³.
Lühidalt
Archimedese tiheduse määramine on lihtne, usaldusväärne ja soodne tööriist väärismetallide esmaseks ehtsuse kontrolliks. See tuvastab enamiku võltsinguid kohe – ainult kvaliteetsed volframvõltsingud nõuavad täiendavaid meetodeid. Koos kaalu ja mõõtmete kontrolliga mündi kaalu kontrollija kaudu katab see igapäevaste kontrollisituatsioonide laia spektri.