Formel for materiens tetthet. Formler for relativ tetthet

2024 Forfatter: Angel Austin | [email protected]. Sist endret: 2024-01-02 17:53

Etter at elevene ble kjent med begrepet masse og volum av stoffer i fysikk, studerer de en viktig egenskap ved enhver kropp, som kalles tetthet. Artikkelen nedenfor er viet denne verdien. Spørsmålene om den fysiske betydningen av tetthet er avslørt nedenfor. Tetthetsformelen er også gitt. Metoder for eksperimentell måling er beskrevet.

Konseptet med tetthet

La oss starte artikkelen med en direkte registrering av formelen for materietettheten. Det ser slik ut:

ρ=m / V.

Her er m massen til den betraktede kroppen. Det uttrykkes i SI-systemet i kilo. I oppgaver og i praksis kan du også finne andre måleenheter, for eksempel gram eller tonn.

Symbolet V i formelen angir volumet som karakteriserer de geometriske parametrene til kroppen. Det måles i SI i kubikkmeter, men kubikkkilometer, liter, milliliter osv. brukes også.

Tetthetsformelen viser hvilken masse av et stoff som finnes i en enhetvolum. Ved å bruke verdien av ρ kan man estimere hvilken av de to legene som vil ha større vekt med like volum, eller hvilken av de to legene som vil ha et større volum med like masse. For eksempel er tre mindre tett enn jern. Derfor, med like volumer av disse stoffene, vil massen av jern betydelig overstige den samme verdien for et tre.

Konseptet med relativ tetthet

Selve navnet på denne mengden indikerer at verdien som studeres for en kropp vil bli vurdert i forhold til en lignende egenskap for en annen. Formelen for relativ tetthet ρ_{r ser slik ut:}

ρ_r=ρ_s / ρ_0.

Der ρ_s er tettheten til det målte materialet, ρ₀ er tettheten som verdien ρ _{r er målt} . Åpenbart er ρ_{r dimensjonsløs. Den viser hvor mange ganger det målte stoffet er tettere enn den valgte standarden.}

For væsker og faste stoffer, som standard ρ₀, velg denne verdien for destillert vann ved en temperatur på 4 ^oC. Det er ved denne temperaturen at vann har en maksimal tetthet, som er en praktisk verdi for beregninger - 1000 kg/m^{3 eller 1 kg/l.}

For gasssystemer er det vanlig å bruke lufttetthet ved atmosfærisk trykk og temperatur 0 som standard oC.

Tetthetsavhengighet av trykk og temperatur

Den studerte verdien er ikke konstant for en bestemt kropp,hvis du endrer temperaturen eller det ytre trykket. Væsker og faste stoffer er imidlertid inkompressible i mange situasjoner, noe som betyr at deres tetthet forblir konstant når trykkendringer og temperaturendringer.

Påvirkningen av trykk manifesteres som følger: når det øker, reduseres gjennomsnittlig interatomiske og intermolekylære avstander, noe som øker antall mol av et stoff per volumenhet. Så tettheten øker. En klar påvirkning av trykk på karakteristikken som studeres er observert når det gjelder gasser.

Temperaturen har motsatt effekt av trykk. Med en økning i temperaturen øker den kinetiske energien til materiepartikler, de begynner å bevege seg mer aktivt, noe som fører til en økning i gjennomsnittsavstandene mellom dem. Sistnevnte faktum fører til en reduksjon i tetthet.

Igjen, denne effekten er mer utt alt for gasser enn for væsker og faste stoffer. Det er et unntak fra denne regelen - dette er vann. Det er eksperimentelt fastslått at i temperaturområdet 0-4 oС øker tettheten ved oppvarming.

Homogene og inhomogene kropper

Tetthetsformelen skrevet ovenfor tilsvarer den såk alte gjennomsnittlige ρ for den betraktede kroppen. Hvis vi tildeler et lite volum i den, kan den beregnede verdien ρ_i avvike sterkt fra den forrige verdien. Dette faktum er forbundet med tilstedeværelsen av en ujevn fordeling av masse over volum. I dette tilfellet, tetthetenρ_{i kalles lok alt.}

Med tanke på spørsmålet om ujevn fordeling av materie, virker det interessant å avklare ett poeng. Når vi begynner å vurdere et elementært volum nær atomskalaer, brytes begrepet medium kontinuitet, noe som betyr at det ikke gir noen mening å bruke den lokale tetthetskarakteristikken. Det er kjent at nesten hele massen til et atom er konsentrert i kjernen, hvis radius er omtrent 10^-13 meter. Tettheten til kjernen er estimert med et stort tall. Dette er 2, 310¹⁷ kg/m^3.

Tetthetsmåling

Det ble vist ovenfor at i samsvar med formelen er tettheten lik forholdet mellom masse og volum. Dette faktum tillater oss å bestemme den spesifiserte egenskapen ved ganske enkelt å veie kroppen og måle dens geometriske parametere.

Hvis formen på kroppen er veldig kompleks, vil den universelle metoden for å bestemme tettheten være hydrostatisk veiing. Den er basert på bruk av arkimedesk makt. Essensen av metoden er enkel. Kroppen veies først i luft og deretter i vann. Forskjellen i vekt brukes til å beregne den ukjente tettheten. For å gjøre dette, bruk følgende formel:

ρ=ρ_l P₀ / (P₀ - P l_),

hvor P₀, P_l - kroppsvekt i luft og væske. Følgelig er ρ_{l tettheten til væsken.}

Metoden for hydrostatisk veiing for å bestemme tettheten, ifølge legenden, ble først brukt av en filosof fra SyracuseArkimedes. Han var i stand til, uten å krenke den fysiske integriteten til kronen, å fastslå at ikke bare gull, men også andre mindre tette metaller ble brukt til å lage den.