Balanzas y masa

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Documento Técnico: Indicaciones de las balanzas y masa
Francisco García L.

El objetivo del presente documento es explicar algunos aspectos básicos de las mediciones; en particular trata sobre el uso de las balanzas para la determinación de la masa de los objetos en actividades delaboratorio para las que se requiere de alta exactitud. Las balanzas son instrumentos que actualmente han alcanzado un gran nivel de exactitud y es imposible pensar que un laboratorio pueda prescindir de ellas; sin embargo son pocos los usuarios que tienen presente que las balanzas no miden masa, sino de manera mucho más exacta una magnitud que se denomina “masa convencional” [1]. La diferenciasentre los valores de masa y los indicados por las balanzas depende fundamentalmente de la densidad de los objetos cuya masa interesa determinar, siendo esta igual a 0 si la densidad del objeto es 8000 kg/m3 o un poco más de 0,1% si la densidad es igual a la del agua. En caso que se esté trabajando con líquidos y otros objetos de densidad diferente a 8000 kg/m3 es recomendable evaluar la convenienciade aplicar o no una fórmula para convertir los valores indicados por la balanza a masa. Al hacer esta evaluación tenga presente que en muchos procedimientos especificados en las normas muy probablemente se asume que la masa es igual a la indicación de la balanza y así debe proceder para obtener resultados comparables. Le recomendamos que aplique éste documento solamente en aquellos casos en los querealmente requiera realizar mediciones de alta exactitud y explícitamente la norma de medición que utilice realiza la distinción entre “masa”, “masa convencional” e “indicación de la balanza”. Si no es así, muy probablemente no necesitará aplicar las indicaciones que aquí se entregan; en todo caso la conveniencia de considerar estas indicaciones quedan bajo su criterio y responsabilidad. Masa eindicación de una balanza A partir de la indicación de una balanza, i , el valor de masa se puede determinar mediante la siguiente ecuación:
B ⎞ ⎛1 − ρ o ⎞ ⎛1 − ρ a ⎜ ⎟⎜ ρB ⎟ ρc ⎠ ⎝ ⎠ m=i⎝ ⎛1 − ρ a ⎞ ⎛1 − ρ o ⎞ ⎜ ρ⎟ ⎜ ρB ⎟ ⎝ ⎠ ⎝ ⎠

(1)

Donde,

i m

es la indicación de la balanza para el objeto de masa es la masa del objeto [g]

m y densidad ρ [g]

Laboratorio Custodio de PatronesNacionales de Masa (CESMEC-LCPN-M)

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ρ ρo ρa

es la densidad del objeto [g/cm3] es la densidad del aire convencional que por definición es igual a 0,0012 g/cm3 es la densidad del aire durante la ejecución de las mediciones [g/cm3]. Comúnmente se determina en los laboratorios decalibración según lo indicado en el Anexo E.3 de [2] es la densidad convencional que por definición es igual a 8 g/cm3 es la densidad de la pesa utilizada en el ajuste de la balanza [g/m3], ya sea interna o externa. El ajuste de la balanza es una operación a la típicamente los fabricantes de los equipos llama “autocalibración”, en todo caso, no se trata de una calibración, sino un ajuste. es ladensidad del aire durante el ajuste de la balanza [g/cm3]

ρc ρB

ρ aB

Si se realiza el ajuste 1 de la balanza poco antes de las mediciones, podemos asumir que ρ aB = ρ a y así tendremos:

⎞ ⎛1 − ρ o ⎞ ⎛1 − ρ a ⎜ ρB ⎟ ρc ⎟ ⎜ ⎠ ⎠⎝ m=i⎝ ⎞ ⎛ ρ ⎞ ⎛ ρ ⎜1 − a ρ ⎟ ⎜1 − o ρ ⎟ B ⎠ ⎝ ⎠ ⎝

(2)

A modo de ejemplo si tomamos un objeto de densidad igual a 8 g/cm3, de masa 100 g y lo pesamos en unabalanza que ha sido ajustada con una pesa de densidad igual a 8 g/cm3 con una densidad del aire igual a 0,001125 g/cm3, que corresponde aproximadamente a la densidad del aire en Santiago, tendremos:

⎛1 − 0,0012 ⎞ ⎛1 − 0,001125 ⎞ ⎜ 8⎟ ⎜ 8⎟ ⎝ ⎠ ⎝ ⎠ = 100 g m = 100 ⎛1 − 0,001125 ⎞ ⎛1 − 0,0012 ⎞ ⎜ 8⎟ ⎜ 8⎟ ⎝ ⎠ ⎝ ⎠
Mientras que si tomamos otro objeto de densidad igual a 0,7 g/cm3 (por ejemplo: un...