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天平的发展史
发布时间:2010-08-31   点击次数:3642次
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     在化学实验中较早使用天平的有英国化学家布莱克,他生活和工作于18世纪,那个时候,正是化学中不断发现气体、并开始建立理论的时期。布莱克在化学研究中非常重视实验,而且是*个应用定量的方法研究气体的人。1755年,他写了一篇论文,内容是对石灰石等碱性物质的实验研究。论文中提到,他发现将石灰石煅烧会产生气体。于是,他在煅烧前称量了石灰石的重量,煅烧后再次称量重量,结果发现,石灰石经过煅烧重量减少了44%,他认为这个重量正是从中释放出的气体的重量。在此基础上,他又进行了多方面的研究,比如,他将石灰石与酸作用,发现也有气体产生,用石灰水吸收这种气体,并进行了定量研究,他发现这种气体的重量与煅烧石灰石产生的气体的重量相等,由此他认识到,石灰石中固定着一种气体,他称之为“固定空气”(即现在我们熟知的二氧化碳)。从布莱克的实验研究中可以了解到,他进行了定量研究,定量研究需要称量,而称量离不开天平。历史资料表明,布莱克确实使用了天平,他用过的天平至今仍保存在爱丁堡*博物馆中,下图即是布莱克用过的天平。
   用绳子挂着称盘,横梁又挂在另一个称钩上。布莱克正是用这个天平进行化学实验研究,而且做出了发现的,这个天平的使用,不仅在化学实验中建立了定量方法,而且对天平的进一步发展、改良,也是重要的。   布莱克之后,英国化学家亨利·卡文迪许也进行过精密的定量实验,据说还曾设计制造过天平,由于卡文迪许本人的生平资料不详,现在很难确切知道他是何时和如何设计、制造天平的。后来,卡文迪许用过的天平曾在*科学院展览。这架天平放在柜内,天平的式样从外面看不太清楚,
  狮子天平我们知道,法国化学家拉瓦锡,是一位非常重视定量研究的人,他经常使用天平,而且注意称量的性。正是在的定量研究中,拉瓦锡确定了氧气的存在,并且建立了科学的氧化燃烧理论。应用定量方法研究化学变化,必须假定化学变化前后物质质量守恒,由此拉瓦锡确立了质量守恒定律。拉瓦锡的研究工作得到天平的帮助,可是拉瓦锡本人却很少设计和制造仪器,也没有设计和制造过天平,不过,18世纪的法国,天平比较普及,有许多小店铺就出售天平,拉瓦锡可能得益于这种良好的条件。我们在下图看到的是18世纪的法国天平的式样,或许是当时天平中的一种式样。   18世纪末英国也已经制造出了一种天平,横梁中央嵌上一个钢质的刀口。把它放在玛瑙盘中,大大提高了精密度和灵敏度。当时出现了一些天平设计家和制造家,不过,据说天平的价格比较贵,而且要先预定,不像法国,天平虽不那么精密,但比较容易买到。下图展示的是一个费德勒的人为*学会制造的一架天平,曾在伦敦科学博物馆展出。   在英国,使用天平的不限于化学家和科学家,普通医药商店也常用天平,化学原子论的提出者道尔顿,在科学研究中经常使用天平,由于道尔顿在化学史上的重要地位和他在英国科学界的影响,使他成了人物,成了化学家,他使用过的天平据说也成了不凡之物,后来为英国曼彻斯特文学和哲学会所有,并为该会收藏。道尔顿曾经是这个学会的会员。
   19世纪20年代,伦敦有一位仪器设计家叫罗宾逊,他开始设计和制造分析天平,不仅英国,就连美国在一个时期里都使用这种天平。罗宾逊用空心材料做横梁,把梁做成三角形,竖梁中部有指针。   有刻度横梁和游码的天平,大约也是在19世纪诞生的(前面介绍托盘天平时,在图中横梁上标有刻度和游码),究竟谁是这种天平的发明人有不同说法,也存在争议。可是1851年在伦敦召开了一次国际博览会,英国和欧洲大陆国家的一些主要天平制造商都参加了,经博览会审查团审议,zui后把zui高奖奖给了奥耶领,以表彰他在有刻度横梁和滑动装置(即游码)天平的制造上所做的贡献,由此看来,奥耶领的发明权得到了国际上的确认。   罗马时代晚期的专用钱币天平在很长时期里,天平制造业中流行一种理论,认为天平的横梁越长天平越灵敏。但是有一个叫波尔·邦格的人却不受这种理论的限制,1866年,他设计、制造了一架短横梁分析天平。后来,在平天设计理论方面,他也有建树。下图所示的就是1866年邦格制造的zui早的一台短梁天平。
  天平的改进,除了横梁、接触点、游码、刻度等方面以外,还表现在其它方面,例如,19世纪前半期,已经出现了旋钮天平。旋钮天平有什么优点呢?原来,早期的天平,横梁架在竖直的柱上,用时和不用时都是一样的。后来分析天平出现了,分析天平的刀口用玛瑙制成,为了减少刀口的损伤,不用平天时,将天平横梁架在一个架子上,让刀口不再受力,用时再将刀口架在支撑碗上。这些都是通过旋纽装置控制的。现代分析天平都有旋纽装置。下图是1833年制造的一台旋纽天平。
  随着科学的发展、技术的进步,天平的设计和制造不断取得长足的进展。正是经过一代一代人的不懈努力,经过技术的积累和提高,才有了今天的各式各样的现代天平。如今,在化学实验室中,常用的天平有:托盘天平,正如前面讲过的,用于度要求不高或测定物料的大致质量,可称量100克、200克、500克乃至1000克;分析天平(常量分析天平、微量分析天平和半微量分析天平);电光天平,设有空气阻尼装置或电磁阻尼装置,使天平既具有高灵敏度又能迅速阻止横梁的摇动,电光天平从外观上看不见砝码,能看到放置要测物的称盘,砝码的加减用旋转刻度盘操作,称量的数值可通过投影刻度标尺直接读出。
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