Appendix

（人工海水の密度および粘性係数測定）

目次 1 人工海水の密度測定

1.1 測定装置 ‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑ 付(3) 1.2 測定方法および測定条件 ‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑ 付(3) 1.2.1 測定方法（校正） ‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑ 付(3) 1.2.2 測定方法（操作） ‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑ 付(4) 1.2.3 測定条件 ‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑ 付(4) 1.3 密度測定結果 ‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑ 付(5) 2 人工海水の粘性係数測定

2.1 測定装置 ‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑ 付(9) 2.2 測定方法および測定条件 ‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑ 付(9) 2.2.1 測定条件 ‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑ 付(9) 2.2.2 測定方法 ‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑ 付(10) 2.2.3 結果の整理 ‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑ 付(10) 2.3 人工海水の粘性係数測定結果 ‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑ 付(10)

3 参考文献 ‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑ 付(13)

図目次

図 1‑1 密度測定装置 ‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑ 付(3) 図 1‑2 人工海水の密度測定結果 ‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑ 付(5)

図 2‑1 粘性測定装置 ‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑ 付(9) 図 2‑2 温度と粘性係数の関係‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑ 付(11) 図 2‑3 NaCl 濃度と粘性係数の関係 ‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑ 付(11)

表目次

表 1‑1 測定条件‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑ 付(4) 表 1‑2 人工海水の密度測定結果（1） ‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑ 付(6) 表 1‑2 人工海水の密度測定結果（2） ‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑ 付(7) 表 1‑2 人工海水の密度測定結果（3） ‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑ 付(8)

表 2‑1 測定条件‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑ 付(9) 表 2‑2 人工海水の粘性係数測定結果 ‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑ 付(12)

1 人工海水の密度測定 1.1 測定装置

一般に，液体の密度測定に関しては，浮ひょう法・比重瓶法・振動式密度計法・

天秤法などがある（日本規格協会，2001）。本試験においては，密度測定の基本原理に従い高い精度が得られると考えられる比重瓶法（ゲーリュウサック形）を用いて試験を行った。

測定装置は図 1‑1 に示すとおり，ゲーリュウサック形温度計付比重瓶（50[ml]）

およびゲーリュウサック形ピクノメータ（50[ml]），恒温グローブボックス（温度範囲：10〜90[℃]），電子天秤（測定精度：±0.0001[g]），温度計（JIS 規格：最小目盛 0.5[℃]），湯せん用器具（トレー）から構成される（日本規格協会，2000）。

図 1‑1 密度測定装置

1.2 測定方法および測定条件 1.2.1 測定方法（校正）

① 乾燥洗浄した比重瓶を 1mg の桁まで量り，これを

W

₀とする。

② あらかじめ設定温度より１〜3℃低い温度に調整した蒸留水を気泡が残らないように注意深く比重瓶に満たし，設定温度±0.1℃に保った恒温槽にそのけい部まで入れる。

③ 30 分以上放置し，温度が一定になった後，ほぼ同温に保った栓を差し込み，過剰な蒸留水をピペット又は細かく切ったろ紙で吸い取り，液面を標線又は蓋の細孔上端に合わせる。（温度計付比重瓶の場合は，温度計付の栓を差し込む）

④ 恒温槽から比重瓶を取り出し，外面を清浄な乾燥している布でぬぐい水分を除 123.4567[g]

電子天秤

Sample Sample

恒温グローブボックス

温度計付比重瓶ピクノメータトレー温度計

蒸留水

き，蓋のある比重瓶のある場合は蓋を付けて設定温度近くまで放置する。

⑤ 測定温度が室温より低い場合は，比重瓶の表面に結露する場合があるため，その表面を良くぬぐって全質量を測定する。これを

W

₁とする。

⑥ ①〜⑤から比重瓶の水当量

( W

₁

− W

₀

)

を求める。水当量は測定温度ごとに測定する。

1.2.2 測定方法（操作）

① 洗浄乾燥した比重瓶の質量を 0.1 の桁まで量り，これを

W

₀とする。

② これにあらかじめ測定温度より１〜3℃低い温度に調整した人工海水を満たし，

校正の 2〜5 によって試料を満たした比重瓶の質量を

W

₂とする。

③ 2.1 の①〜⑤と同様に比重瓶の水当量

( W

₂

− W

₀

)

を求める。水当量は測定温度ごとに測定する。

なお，温度変換による水分の蒸発等があるため恒温グローブボックス内での作業とした。また，ゲーリュウサック形温度計付比重瓶においては，付属の温度計が 40℃までしか測定できないため，試験温度の設定を 40℃までとした。

1.2.3 測定条件

測定条件を表‑1 に示す。

表 1‑1 測定条件比重瓶法試験方法ゲーリュウサック形

温度計付比重瓶（test‑1）

ゲーリュウサック形ピクノメータ（test‑2）

試験試料蒸留水

人工海水（ASTM‑1141‑98 基準）

試験温度

[℃] 0，10，15，20，25，30，40 0，10，15，20，25，30，40，

45，50，60，70，80，90

試験数 10 5

1.4 密度測定結果

密度は，次式によって算出し，小数点以下 4 桁までとする。

( ) ( )

[ W W W W ]

w a a

D =

₂

−

₀

/

₁

−

₀

× ( ρ − ρ ) + ρ

ここに，

D

：試料の密度[g/cm³]

W

0：比重瓶の見掛けの質量[g]

W

1：比重瓶を水で満たしたときの見掛けの質量[g]

W

2：比重瓶を試料で満たしたときの見掛けの質量[g]

W

W −

：比重瓶中の試料の見掛けの質量[g]

W

W −

：試料と同体積の水の質量＝比重瓶の水当量[g]

ρ

w：各温度ごとの水の密度[g/cm³]

ρ

a：各温度ごとの空気の密度[g/cm³]

人工海水の密度測定結果を表 1‑2 に示す。また，図 1‑2 に test‑1，test‑2 にて測定した人工海水の密度測定結果の平均値と文献値（Riley and Skirrow,1975；国立天文台編，1998）を示す。なお，今回用いた人工海水の

Cl

含有量は 19200[ppm]

であり，文献に記載される

Cl

含有量は 19056 [ppm]である。

図から test‑1，test‑2 ともに測定温度 40[℃]までしか比較は行えなかったが多少人工海水の

Cl

含有量が多いことから文献値より高い密度となっている。また，

test‑2 においては，測定温度 90[℃]まで人工海水の密度を求めた。

図 1‑2 人工海水の密度測定結果 0.95

0.97 0.98 1 1.02 1.03 1.05

0 20 40 60 80 100

water

sea water(Chemical Oceanography) test-1

test-2

Density[g/cm

]

Temperature[℃]

表 1‑2 人工海水の密度測定結果（1）

温度 [℃]

水の密度

ρ

w^[g/cm³^]

空気の密度

ρ

a^[g/cm³^]

test‑1 実測値

D

^[g/cm³^]

test‑1 平均値

D

^[g/cm³^]

test‑2 実測値

D

^[g/cm³^]

test‑2 平均値

D

^[g/cm³^]

0 0.99984 0.001293

1.031152 1.028832 1.030308 1.030721 1.0306 1.029359 1.030432 1.029587 1.03083 1.029775

1.0302

1.028216 1.028293 1.028891 1.028504 1.028447

1.0285

10 0.99970 0.001247

1.027293 1.026653 1.019519 1.027577 1.027242 1.026774 1.038100 1.042351 1.027100 1.026892

1.0293

1.0273 1.0276 1.0278 1.0274 1.0283

1.0277

15 0.99910 0.001226

1.029028 1.028276 1.02847 1.028856 1.029037 1.028391 1.028748 1.028735 1.029761 1.028752

1.0288

1.0269 1.0275 1.0277 1.0271 1.0266

1.0272

20 0.99820 0.001205

1.027294 1.026487 1.026764 1.027003 1.027272 1.026714 1.026966 1.02697 1.028099 1.026886

1.0270

1.0265 1.0264 1.0276 1.0261 1.0263

1.0266

表 1‑2 人工海水の密度測定結果（2）

温度 [℃]

水の密度

ρ

w^[g/cm³^]

空気の密度

ρ

a^[g/cm³^]

test‑1 実測値

D

^[g/cm³^]

test‑1 平均値

D

^[g/cm³^]

test‑2 実測値

D

^[g/cm³^]

test‑2 平均値

D

^[g/cm³^]

25 0.99704 0.001184

1.024896 1.024111 1.024497 1.025621 1.024849 1.024235 1.02443 1.024538 1.025615 1.024357

1.0247

1.025345 1.025536 1.027368 1.024252 1.024358

1.0254

30 0.99565 0.001165

1.021911 1.02195 1.022694 1.022201 1.022718 1.022673 1.022787 1.022627 1.023918 1.022798

1.0226

1.022892 1.023232 1.023546 1.01819 1.022534

1.0221

40 0.99222 0.0011236

1.01982 1.019689 1.018309 1.018809 1.020058 1.01837 1.018741 1.018795 1.020529 1.01973

1.0193

1.02203 1.019638

1.01961 1.017614 1.019043

1.0196

45 0.99021 0.0011052 ― ―

1.018351 1.017478 1.01784 1.017739

1.0184

1.0180

50 0.98804 0.001014 ― ―

1.015416 1.015763 1.01575 1.016045 1.016

1.0158

60 0.9832 0.0010544 ― ―

1.010843 1.011337 1.010511 1.009838 1.007632

1.0100

表 1‑2 人工海水の密度測定結果（3）

温度 [℃]

水の密度

ρ

w^[g/cm³^]

空気の密度

ρ

a^[g/cm³^]

test‑1 実測値

D

[g/cm³]

test‑1 平均値

D

^[g/cm³^]

test‑2 実測値

D

^[g/cm³^]

test‑2 平均値

D

^[g/cm³^]

70 0.9777 0.0010241 ― ―

1.002744 1.006559 1.005403 1.005686 1.007572

1.0056

80 0.9718 0.0009967 ― ―

0.997686 1.000194 0.999574 0.999401 1.001311

0.99963

90 0.96532 0.0009724 ― ―

0.993478 0.993031 0.993205 0.992992 0.994014

0.99334

2 人工海水の粘性係数測定 2.1 測定装置

液体の粘性測定に関しては，その液体がニュートン流体もしくは非ニュートン流体のいずれかに定義づけられる。ニュートン流体の粘性測定においては，毛細管粘度測定法，落球粘度測定法などがあり，また，非ニュートン流体の粘性測定においては，回転粘度測定法などがある（日本規格協会，

1991）。本試験においては，使用液がニュートン流体であり，また，

比較的簡便に測定が行える毛細管粘度測定法（オストワルドの粘度計）を用いて粘性係数の測定を行った。測定装置を図 2‑1にとおり，

オストワルドの粘度計（1 号瓶），恒温グローブボックス（温度範

囲：10〜90[℃]），測定用時計，温度計から構成される（日本規格協会，2000）。

2.2 測定方法および測定条件 2.2.1 測定条件

測定条件を表 2‑1 に示す。

表 2‑1 測定条件

測定方法オストワルド粘度計

試験試料蒸留水・人工海水

測定温度[℃] 10,15,20,25,30,40,45,50,60,70,80,90

繰り返し数 3

スタンドクランプ

オストワルド粘度計

恒温グローブボックス

図 2‑1 粘性測定装置

2.2.2 測定方法

（1）恒温グローブボックス内に試験試料およびオストワルド粘度計を入れ，所定の温度になるまで加熱する。

（2）試験試料およびオストワルド粘度計が所定の温度になった後，試験試料を 5〜

8cc 程度粘度計内に注入する。

（3）吸引にて標線

m

₁の位置より 5〜10mm 上まで試料面を上げた後，自然流下させ試料面が測時球の標線間（

m

₁〜

m

₂ ）を通過するために要する時間を数回計測する。

2.2.3 結果の整理

測定した試験試料の流出時間の平均値を次式に代入して動粘性を算出する。

（3）

ν

：人工海水の動粘性[mm²/s]

ν

1：既知（蒸留数）試料の動粘性[mm²/s]

t

1：既知（蒸留数）試料が

m

₁から

m

₂間を通過した時間[sec]

t

2：人工海水が

m

₁から

m

₂間を通過した時間[sec]

動粘性を算出した後，次式にて粘性係数を算出する。

（4）

µ

：人工海水の粘性係数[mPa・s]

ρ

：人工海水の密度[g/cm³]

2.3 人工海水の粘性係数測定結果

表‑2 に測定結果および図‑3 に温度と粘性係数の関係を示す。図から温度の上昇とともに粘性係数が低下することが分かる。また，図‑4 に本試験によって測定されたデータの妥当性を確認するため，NaCl 濃度と粘性係数の関係を示す。なお，人工海水の NaCl 濃度は約 3％である。図から各温度ともに，NaCl 濃度が上がるにつれて粘性係数も同様に上がることが分かる。また，人工海水の粘性係数において文献値

（国立天文台編，1998；日本化学学会編，1975）と比較したがほぼ妥当な値が測定されたと言える。

1 1

ν

ν = × t t

ρ

ν

µ = ×

図 2‑2 温度と粘性係数の関係

図 2‑3 NaCl 濃度と粘性係数の関係

0 0.5 1 1.5 2

0 5 10 15 20 25 30

20[℃]

40[℃]

80[℃]

Viscosity [ mPa s ]

Density of NaCl [%]

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5

0 20 40 60 80 100

water sea water NaCl(density5%) NaCl(density10%) NaCl(density15%) NaCl(density20%) NaCl(density25%)

Viscosity [ mPa s ]

Temperature [℃]

表 2‑2 人工海水の粘性係数測定結果

水人工海水

温度 [℃]

動粘性

ν

[mm²/s]

測定時間

t

1[s]

測定時間

t

2[s]

動粘性係数

ν

^[mm²^/s]

密度

ρ

^[g/cm³^]

粘性係数

µ

^[mPa・s]

粘性係数平均値

µ

^[mPa・s]

0 1.792 ― ― ― 1.0285 ― ―

10 1.307

204 204 204

206 206 205

1.3191 1.3185 1.3173

1.0277

1.3556 1.3551 1.3538

1.3548

15 1.139

180 180 180

181 180 181

1.1450 1.1450 1.1445

1.0272

1.1762 1.1762 1.1756

1.1760

20 1.0038

152 151 151

152 152 152

1.0042 1.0106 1.0111

1.0266

1.0309 1.0375 1.0379

1.0355

25 0.893

140 141 140

140 140 140

0.8930 0.8867 0.8930

1.0254

0.9157 0.9092 0.9157

0.9135

30 0.801

131 130 131

130 131 130

0.7949 0.8072 0.7949

1.0221

0.8125 0.8250 0.8125

0.8166

40 0.658

106 107 106

108 107 108

0.6704 0.6580 0.6704

1.0196

0.6836 0.6709 0.6836

0.6793

0.602 97 98 98

98 98 98

0.6082 0.6020 0.6020

1.0180

0.6192 0.6128 0.6128

0.6149

50 0.554

90 91 91

90 90 90

0.5512 0.5444 0.5449

1.0158

0.5599 0.5530 0.5535

0.5555

60 0.475

79 79 79

77 77 77

0.4631 0.4627 0.4616

1.0100

0.4677 0.4674 0.4662

0.467

70 0.413

70 71 71

69 69 69

0.4042 0.4021 0.4010

1.0056

0.4065 0.4044 0.4032

0.4047

80 0.365

63 63 63

61 61 61

0.3543 0.3556 0.3546

0.99963

0.3542 0.3555 0.3545

0.3547

90 0.326

56 57 57

56 55 56

0.3223 0.3189 0.3205

0.99334

0.3201 0.3168 0.3184

0.3184

ドキュメント内緩衝材透水特性II 技術資料.PDF (ページ 35-47)

（人工海水の密度および粘性係数測定）

W

電子天秤

恒温グ ローブボ ックス

温度計付 比重瓶 ピクノ メータ トレー 温 度計

W

( W

− W

)

W

W

( W

− W

)

( ) ( )

[ W W W W ]

D =

−

/

−

× ( ρ − ρ ) + ρ

D

W

W

W

W

W −

W

W −

ρ

ρ

Cl

Cl

Cl

Density[g/cm

]

Temperature[℃]

ρ

ρ

D

D

D

D

ρ

ρ

D

D

D

D

ρ

ρ

D

D

D

D

m

m

m

ν

ν

t

m

m

t

m

m

µ

ρ

ν

ν = × t t

ρ

ν

µ = ×

0

0.5 1 1.5 2

0 5 10 15 20 25 30

20[℃]

40[℃]

80[℃]

恒温グローブボックス

温度計付比重瓶ピクノメータトレー温度計