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比重計または乳比重計は、浮力の概念に基づいて液体の密度または相対密度を測定するために使用される機器です。通常、比重などの1つ以上の目盛りが付けられ、校正されています。
比重計は通常、浮力を確保するための底部が広く、安定性を保つための鉛や水銀などの重りが入った密閉された中空ガラス管と、測定用の目盛りが付いた細い管で構成されています。測定対象の液体を、多くの場合目盛り付きシリンダーなどの背の高い容器に注ぎ、比重計を液体の中にゆっくりと沈めて、自由に浮くようにします。液面が比重計の管に接する位置が、相対密度に対応します。比重計の管には、密度に関連する特性に対応する目盛りがいくつでも刻まれている場合があります。
比重計は、牛乳の密度（クリーミーさ）を測定する乳糖度計、液体中の糖の密度を測定する糖度計、蒸留酒の高濃度のアルコールを測定するアルコール度計など、さまざまな用途に合わせて校正されています。
比重計はアルキメデスの原理を利用しています。液体中に懸濁された固体は、その固体が沈んだ部分によって押し出された液体の重さに等しい浮力を受けます。液体の密度が低いほど、同じ重さの比重計は深く沈みます。計量棒には目盛りが刻まれており、数値で読み取ることができます。
比重計はおそらく紀元前3世紀のギリシャの哲学者アルキメデスにまで遡り、彼はその原理を用いて様々な液体の密度を測定した。[ 1 ] [ 2 ]比重計に関する初期の記述は、紀元2世紀にレムニウスによって書かれたラテン語の詩にあり、彼は比重計の使用を、アルキメデスがヒエロ2世の王冠の金含有量を決定するために用いた流体置換法と比較している。[ 3 ]
アレクサンドリアのヒュパティア（紀元350年頃～370年頃生まれ、 415年没）は、ギリシャの重要な女性数学者であり、伝統的に比重計と関連付けられる最初の人物である。[ 3 ]キュレネのシネシオスは、師であるヒュパティアに手紙で比重計を作ってくれるよう頼んでいる。
問題の器具は、フルートのような形をした円筒形の管で、大きさもほぼ同じです。垂直方向に刻まれた目盛りによって、水の重さを測定できます。片方の端には円錐形の蓋があり、管にぴったりとくっついています。円錐と管は底面が一つしかありません。これをバリウムと呼びます。管を水に入れると、常に直立した状態を保ちます。目盛りを数えることで、水の重さを簡単に測ることができます。[ 4 ]
アラビア科学史百科事典によると、 11 世紀にアブー・ライハーン・アル＝ビールーニーによって使用され、 12 世紀にアル＝ハジニーによって記述された。 [ 5 ] 1612 年にガリレオとその友人たちによって再発見され、特にアカデミア・デル・チメントでの実験で使用された。[ 6 ] 1675 年のロバート・ボイル（ 「比重計」という名前を造語した人物）の著作に再び登場し、[ 3 ] 18 世紀後半にはアントワーヌ・ボーメ（ボーメ目盛）、ウィリアム・ニコルソン、ジャック・アレクサンドル・セザール・シャルルによって考案されたタイプがあり、 [ 7 ]液体のアルコール含有量を自動的に測定できる装置をベンジャミン・サイクスが発見したのとほぼ同時期であった。サイクス装置の使用は1818年にイギリスの法律で義務付けられた。[ 8 ]
比重計は、灯油、ガソリン、アルコールなどの低密度液体では深く沈み、塩水、牛乳、酸などの高密度液体では浅く沈みます。密度の高い液体に使用する比重計は、通常、ステムの上部に1.000（水）の目盛りが付いており、密度の低い液体に使用する比重計は、下部に1.000の目盛りが付いています。多くの産業では、想定される比重の範囲をカバーするために、比重計のセット（1.0 ～ 0.95、0.95 ～ ）が使用されています。
現代の比重計は通常、比重を測定しますが、特定の業界では異なる尺度が使用されていました（そして現在でも使用されている場合があります）。例としては、以下のようなものがあります。
特殊な比重計は、その用途に応じて名前が付けられることが多い。例えば、乳糖計は乳製品に使用するために特別に設計された比重計である。これらの比重計は、この特定の名称で呼ばれることもあれば、単に比重計と呼ばれることもある。
アルコール計は、アルコールと水の混合物である液体のアルコール度数を示す比重計です。プルーフ比重計やトラレス比重計（ヨハン・ゲオルク・トラレスにちなんで名付けられましたが、一般的にはtrailleやtralleと誤記されます）とも呼ばれます。液体の密度を測定します。糖やその他の溶解物質が存在しない場合、エタノール水溶液の比重はアルコール濃度に直接相関します。砂糖と水の混合物を測定する糖度計は、水よりも高い密度を測定します。多くは、事前に計算された比重に基づいて、「潜在アルコール」の体積パーセントを示す目盛りが付いています。この目盛りで「潜在アルコール」の値が高くなるのは、溶解した糖や炭水化物ベースの物質の導入によって比重が高くなったためです。発酵前と発酵後に測定値を取得し、発酵前の測定値から発酵後の測定値を差し引くことで、おおよそのアルコール含有量を決定します。[ 10 ]
これらは税金を決定するための重要な手段であり、特定の製造者の手段を指定することができた。バーソロミュー・サイクスは英国で独占権を持ち、メアリー・ディカスとその家族は米国で同様の独占権を享受していた。[ 11 ]
乳比重計は牛乳の純度を調べるために使われます。牛乳には水よりも重いものや軽いものなど様々な物質が含まれているため、牛乳の比重だけではその組成を決定的に判断することはできません。全体の組成を判断するには、脂肪含有量の追加検査が必要です。この器具は100分の1に目盛りが付いています。牛乳を注ぎ、クリームが形成されるまで放置し、クリームの沈み込みの深さを度数で測定して牛乳の品質を判断します。牛乳サンプルが純粋な場合は、乳比重計は不純物が混入または不純な場合よりも高い位置に浮きます。[ 12 ] [ 13 ]
サッカロメーターは、トーマス・トムソンによって発明された、溶液中の糖の量を測定するために使用される比重計の一種です。[ 14 ]主にワイン醸造家やビール醸造家によって使用され、[ 15 ]シャーベットやアイスクリームの製造にも使用できます。 [ 16 ]最初のビール醸造用サッカロメーターは、ベンジャミン・マーティンによって（蒸留を念頭に置いて）作られ、1770 年にジェームズ・ババーストック・シニアによって最初に醸造に使用されました。 [ 17 ]ヘンリー・スレールがその使用法を採用し、後に 1784 年にジョン・リチャードソンによって普及しました。 [ 18 ]
糖度計は、重りの付いた大きなガラス球と、その上部から伸びる細い棒状の部分から構成されており、棒状の部分には目盛りが付いています。糖度は、液面が目盛りと交わる位置の値を読み取ることで測定できます。糖度が高いほど溶液の密度が高くなり、ガラス球はより高く浮きます。
熱比重計は、フロート部に温度計が内蔵された比重計です。燃料油などの石油製品の密度を測定する場合、密度は温度に依存するため、通常は試料を温度ジャケットで加熱し、その背後に温度計を配置します。軽質油は冷却ジャケットに入れ、通常は15℃に保ちます。揮発性成分を多く含む非常に軽い油は、軽質成分の損失を最小限に抑えるため、フローティングピストン サンプリング装置を使用した可変容量容器で測定します。[ 19 ]
鉛蓄電池の充電状態は、電解液として使用される硫酸溶液の密度から推定できます。60 °F (16 ° C)の水に対する比重を測定するように校正された比重計は、自動車用バッテリーの整備における標準的なツールです。表を使用して、測定値を標準温度に補正します。比重計は、湿式ニッケルカドミウム電池のメンテナンスにも使用され、電解液が用途に適した濃度であることを確認します。このタイプの電池では、電解液の比重は電池の充電状態とは関係ありません。
温度計付き電池比重計（サーモハイドロメーター）は、温度補正された比重と電解液の温度を測定します。
自動車分野における比重計のもう一つの用途は、エンジン冷却に使用される不凍液の品質検査です。凍結防止性能は不凍液の密度（ひいては濃度）と関連しており、不凍液の種類によって測定密度と凝固点の関係は異なります。
酸度計、または酸度計は、酸の比重を測定するために使用される比重計です。[ 20 ]
塩分計は、船舶用蒸気ボイラーへの給水の塩分濃度を測定するために使用される比重計の一種です。
尿比重計は、尿検査用に設計された医療用比重計です。尿の比重は、溶質（老廃物）と水の比率によって決まるため、尿比重計を用いることで、患者の水分補給状態を迅速に評価することができます。
比重計分析は、細粒土、シルト、粘土の粒度分布を調べるプロセスです。比重計分析は、粒径が小さすぎてふるい分け分析ができない場合に行われます。この試験の根拠は、粘性流体中の落下球に関するストークスの法則です。この法則では、落下の終端速度は、粒子径と、懸濁液中の粒子および流体の密度に依存します。したがって、落下距離と時間から粒子径を計算できます。比重計は懸濁液の比重（または密度）も測定し、これにより、特定の等価粒子径の粒子の割合を計算できます。[ 22 ]
Barkometer.