Formel för materiens densitet. Formler för relativ densitet

2024 Författare: Angel Austin | [email protected]. Senast ändrad: 2024-01-02 17:56

Efter att eleverna bekantat sig med begreppet massa och volym av ämnen i fysiken studerar de en viktig egenskap hos vilken kropp som helst, som kallas densitet. Artikeln nedan ägnas åt detta värde. Frågorna om den fysiska innebörden av täthet avslöjas nedan. Densitetsformeln ges också. Metoder för dess experimentella mätning beskrivs.

Begreppet täthet

Låt oss börja artikeln med en direkt registrering av formeln för materiens densitet. Det ser ut så här:

ρ=m / V.

Här är m massan av den betraktade kroppen. Det uttrycks i SI-systemet i kilogram. I uppgifter och i praktiken kan du också hitta andra måttenheter, till exempel gram eller ton.

Tecknet V i formeln anger volymen som kännetecknar kroppens geometriska parametrar. Det mäts i SI i kubikmeter, dock används även kubikkilometer, liter, milliliter etc.

Densitetsformeln visar vilken massa av ett ämne som finns i en enhetvolym. Med hjälp av värdet på ρ kan man uppskatta vilken av de två kropparna som kommer att ha en större vikt med lika volymer, eller vilken av de två kropparna som kommer att ha en större volym med lika massor. Trä är till exempel mindre tätt än järn. Därför, med lika volymer av dessa ämnen, kommer massan av järn betydligt att överstiga samma värde för ett träd.

Begreppet relativ täthet

Själva namnet på denna kvantitet indikerar att värdet som studeras för en kropp kommer att betraktas i förhållande till en liknande egenskap för en annan. Formeln för relativ densitet ρ_{r ser ut så här:}

ρ_r=ρ_s / ρ_0.

Där ρ_s är densiteten för det uppmätta materialet, ρ₀ är densiteten mot vilken värdet ρ _{r mäts} . Uppenbarligen är ρ_{r dimensionslös. Den visar hur många gånger det uppmätta ämnet är tätare än den valda standarden.}

För vätskor och fasta ämnen, som standard ρ₀ välj detta värde för destillerat vatten vid en temperatur på 4 ^oC. Det är vid denna temperatur som vattnet har en maximal densitet, vilket är ett lämpligt värde för beräkningar - 1000 kg/m^{3 eller 1 kg/l.}

För gassystem är det vanligt att använda luftdensitet vid atmosfärstryck och temperatur 0 som standard oC.

Beroende av densitet på tryck och temperatur

Det studerade värdet är inte konstant för en viss kropp,om du ändrar dess temperatur eller yttre tryck. Men vätskor och fasta ämnen är inkompressibla i många situationer, vilket innebär att deras densitet förblir konstant när trycket ändras såväl som temperaturen ändras.

Inverkan av trycket manifesteras på följande sätt: när det ökar minskar de genomsnittliga interatomära och intermolekylära avstånden, vilket ökar antalet mol av ett ämne per volymenhet. Så tätheten ökar. En tydlig påverkan av tryck på den undersökta egenskapen observeras när det gäller gaser.

Temperaturen har motsatt effekt av tryck. Med en ökning av temperaturen ökar den kinetiska energin hos materiepartiklar, de börjar röra sig mer aktivt, vilket leder till en ökning av de genomsnittliga avstånden mellan dem. Det senare faktumet leder till en minskning av densiteten.

Återigen, denna effekt är mer uttalad för gaser än för vätskor och fasta ämnen. Det finns ett undantag från denna regel - det här är vatten. Det har experimentellt fastställts att i temperaturområdet 0-4 oС ökar dess densitet med uppvärmning.

homogena och inhomogena kroppar

Densitetsformeln som skrivits ovan motsvarar det så kallade medelvärdet ρ för den betraktade kroppen. Om vi allokerar en liten volym i den, så kan det beräknade värdet ρ_i skilja sig mycket från det tidigare värdet. Detta faktum är kopplat till närvaron av en ojämn fördelning av massa över volym. I det här fallet, densitetenρ_{i kallas lok alt.}

Med tanke på frågan om olikformig fördelning av materia, verkar det intressant att klargöra en punkt. När vi börjar betrakta en elementär volym nära atomskala, kränks begreppet medium kontinuitet, vilket innebär att det inte är meningsfullt att använda den lokala densitetskarakteristiken. Det är känt att nästan hela massan av en atom är koncentrerad i dess kärna, vars radie är cirka 10^-13 meter. Kärnans täthet uppskattas av en enorm siffra. Detta är 2, 310¹⁷ kg/m^3.

Densitetsmätning

Det visades ovan att i enlighet med formeln är densiteten lika med förhållandet mellan massa och volym. Detta faktum gör att vi kan bestämma den specificerade egenskapen genom att helt enkelt väga kroppen och mäta dess geometriska parametrar.

Om kroppens form är mycket komplex, kommer den universella metoden för att bestämma densiteten att vara hydrostatisk vägning. Den är baserad på användningen av arkimedisk kraft. Kärnan i metoden är enkel. Kroppen vägs först i luft och sedan i vatten. Skillnaden i vikt används för att beräkna den okända densiteten. För att göra detta, använd följande formel:

ρ=ρ_l P₀ / (P₀ - P l_),

där P₀, P_l - kroppsvikt i luft och vätska. Följaktligen är ρ_{l vätskans densitet.}

Metoden för hydrostatisk vägning för att bestämma densiteten, enligt legenden, användes först av en filosof från SyracuseArkimedes. Han kunde, utan att kränka kronans fysiska integritet, fastställa att inte bara guld utan även andra mindre täta metaller användes för att göra den.