天平稱量的原理是什么？
實驗室k / 2019-01-25
天平是化驗室最主要最常用的儀器之一?；灩ぷ鹘?jīng)常要準確稱量一些物質，稱量的準確度直接影響測定的準確度和精密度。因此，分析工作人員熟悉和掌握天平的結構、性能、使用和維護是很必要的，同時也應對天平的檢定、安裝、調整、維修具備一些初步知識，以保證化驗工作的順利進行。
現(xiàn)在廣泛使用的機械式天平是依據(jù)第一杠桿原理設計的。杠桿是指一根有支點、重點和力點三個作用力點的桿。支點在力、重兩點之間的叫第一類杠桿。杠桿上支點到重、力兩點間的距離分別叫重臂和力臂，習慣上統(tǒng)稱力臂。作用在杠桿某一臂上的力與這個力臂的乘積稱為力矩。杠桿原理表述如下：當杠桿平衡時，兩力對支點所形成的力矩相等即力×力臂＝重×重臂。
在圖2－1中，Q為被稱物的重量，P為砝碼的重量，a為力臂，b為重臂。如g為重力加速度，mp為物體的質量，mQ為砝碼的質量，杠桿平衡時：
P·a＝Q·b
mpga＝mQgb
對于等臂天平設力臂等于重臂即a＝b，同一位置重力加速度g相同，故
mp＝mQ
利用杠桿原理，可以在杠桿秤上通過比較被稱物體的重量和已知物體——砝碼的重量來進行稱量。在天平上測出的是物體的質量而不是重量。質量是不隨地域不同而改變的，而重量則要隨重力加速度g不同而改變。
這一原理在藥物天平（或稱托盤天平）上也得到應用。只不過藥物天平的靈敏度很低，感量一般在0．1克以上。這里所介紹的天平多指靈敏度較高的適于分析工作用的精密天平。
天平的靈敏度是指天平指針尖端沿著標牌移動的分度數(shù)與任一盤中所添加的小砝碼的質量之比。可用公式表示為：
E＝n/p
式中 E——天平的靈敏度（靈敏度的表示方法可以用線位移成角位移表示，此處僅介紹用分度表示的方法）（分度／毫克）；
p——在某一盤中添加的小砝碼的質量（毫克）；
n——指針在標牌上偏移的分度數(shù)（分度）。
例：將1毫克砝碼添加在天平的秤盤中，引起指針在標牌上移動2．5格，第二臺天平引起指針偏移10格，計算兩臺天平的靈敏度。
〔解〕 E1＝2．5/1＝2．5（分度／毫克）
E2＝10/1＝10（分度／毫克）
第二臺天平的靈敏度比第一臺高。
在天平的規(guī)格中，用天平標牌的分度值（又稱感量）表示天平的靈敏度。分度值是指天平平衡位置在標牌上產(chǎn)生一個分度變化所需要的質量值。分度值與靈敏度互為倒數(shù)關系：
S＝1/E
式中 S——天平的分度值（毫克／分度）。
在上例中，兩臺天平的分度值各為：
S1＝1/2．5＝0．4（毫克／分度）
S2＝1/10＝0．1（毫克／分度）
分度值的單位通常略去“分度（-1次方）”簡寫為“毫克”。分度值越小的天平靈敏度越高。
如果不考慮橫梁的變形、刀子的調整狀態(tài)等因素，可以導出如下公式：
E∝L/Wd
式中 L——天平的臂長；
W——橫梁重量；
d——支點與重心的距離（重心距）。
由此式看出天平的靈敏度與橫梁重量成反比，與臂長成正比（實際上増加臂長將大大增加橫梁的重量），與重心距成反比。對于一臺定型結構的天平，通過調整重心鉈的高低改變重心距d來改變靈敏度，但重心太高的天平穩(wěn)定性必將減小。
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