量筒
liáng tǒng
量筒是一根带刻度的细长管子,用来精确测量液体体积,读数时要与视线齐平,读弯月面的底部。
Definition
量筒是一根高而细的管子,侧面带有叫作刻度的线,用来以毫升为单位测量你有多少液体。它是一种经过校准的玻璃器皿,规格从 $10\ \text{mL}$ 到 $1000\ \text{mL}$ 不等,刻度间距与容量相匹配,读数时要在弯月面底部、视线与液面齐平,并在最小刻度之外再估读一位,最精确的读数来自一个容量只比所需体积略大一点的量筒。量筒是按照“盛纳”方式在某个规定温度(通常是 $20^\circ\text{C}$)下校准的,一个每 $1\ \text{mL}$ 一格的 $100\ \text{mL}$ 量筒大约可以读到 $\pm 0.2\ \text{mL}$。从高于或低于视线的位置读数造成的视差、管壁上残留的液体,以及温度引起的膨胀,是主要的系统误差来源,当需要更高精度时,容量瓶和移液管会取代量筒。
Example
要为植物量取 $50\ \text{mL}$ 水,往里倒水,直到水面弯曲的顶部与 $50$ 刻度线对齐,然后把量筒放在桌上,弯下身让视线与刻度线齐平。在一个 $100\ \text{mL}$ 量筒中,弯月面位于 $23$ 和 $24$ 之间,更接近 $23$,所以记录为 $23.4\ \text{mL}$;要测量一块岩石的体积,先记下起始液面($20.0\ \text{mL}$),用绳子把岩石放进去,读出 $25.0\ \text{mL}$,差值为 $5.0\ \text{mL}$。这个带有 $\pm 0.2\ \text{mL}$ 的 $5.0\ \text{mL}$ 带有 $4\%$ 的相对不确定度,相比之下天平只有 $0.07\%$,而一个每 $0.1\ \text{mL}$ 一格的 $10\ \text{mL}$ 量筒能把体积的不确定度降到约 $1\%$,在天平不变的情况下,把密度的不确定度降低到四分之一。
Key Insight
就测量而言,又高又细比又矮又宽更好,因为同样多的水在一根细长的量筒里会让液面变化得多得多。烧杯上的刻度只是大致数量的粗略参考,而量筒上的刻度才是用来测量的,所以绝不要把从烧杯上读出的体积写进数据表。要让玻璃器皿的规格与所测体积相匹配;用一个 $250\ \text{mL}$ 的量筒去测 $5\ \text{mL}$,就像用一把以英尺为刻度的卷尺去量一支铅笔。