Yoğunluğun nasıl ve ne şekilde ölçüldüğünü anlamak için öncelikle yoğunluk kelimesinin tanımlanması gerekir. Bir maddenin yoğunluğu, homojen bir madde için birim hacminin kütlesi ile belirlenen fiziksel bir niceliktir. Başka bir deyişle yoğunluk, bir maddenin kütlesinin hacmine oranıdır.
Bir maddenin yoğunluğunu belirlemek için iki ana yöntem vardır: doğrudan yöntem ve dolaylı yöntem. Dolaylı yöntem, aşağıdaki formülü kullanarak bir maddenin yoğunluğunun matematiksel olarak hesaplanmasını içerir: ρ = m/V, Nerede ρ
- yoğunluk, M- maddenin kütlesi, V- maddenin hacmi.
Yoğunluk hangi birimlerde ölçülür sorusu ortaya çıkıyor? Bu, kütle olarak ne kadar madde alındığına ve hangi birim hacim için alındığına bağlıdır. Örneğin, 1 litrelik bir kabı suyla doldurursanız, bu kabı suyla birlikte tartın ve sonuçtan kabın kütlesini çıkarın. kütle, suyun kütlesini elde edersiniz. Ortaya çıkan su kütlesinin 1 kg olduğunu varsayalım. Bundan sonra suyun kütlesini ve hacmini bilerek, su kütlesini (1 kg) hacme (1 l) bölerek suyun yoğunluğunu matematiksel olarak (dolaylı olarak) hesaplayabilirsiniz. Alınan değer 1 kg/l ve suyun yoğunluğudur, burada kg/l- yoğunluğun ölçüldüğü yer.
Bir sıvının yoğunluğunu doğrudan ölçmek için hidrometreler veya elektronik yoğunluk ölçerler , yoğunluk ölçer üreten bir şirket gibi LEMIS Baltık. Bu ölçüm cihazları, ölçülen sıvının yoğunluğunu g/cm3 ve kg/m3 cinsinden üretecektir; bu, yoğunluğun SI standardına göre ölçüldüğü birimlerdir.
Onlar. Yoğunluğun nasıl ölçüldüğüne dair net bir cevap yoktur. En sık kullanılan miktarlar daha önce belirtilmişti. Ancak diğerleri de kullanılabilir. Örneğin, bir ülke metrik olmayan bir ölçüm sistemi kullanıyorsa, yoğunluğu ölçmek için kullanılan birimler tamamen farklıdır.
Uzayda aynı hacmi kaplayan cisimler nasıl oluyor da farklı kütlelere sahip olabiliyor? Her şey yoğunluklarıyla ilgili. Bu kavrama daha 7. sınıfta, okulda fizik öğretmenliğinin ilk yılında aşina oluyoruz. Sadece fizik dersinde değil kimya dersinde de kişiye MKT'nin (moleküler kinetik teorisi) kapılarını açabilecek temel bir fiziksel kavramdır. Onun yardımıyla kişi su, tahta, kurşun veya hava gibi herhangi bir maddeyi karakterize edebilir.
Yoğunluk türleri
Yani bu, incelenen maddenin kütlesinin hacmine oranına eşit olan skaler bir miktardır, yani özgül ağırlık olarak da adlandırılabilir. Yunanca "ρ" harfiyle gösterilir ("rho" olarak okunur), "p" ile karıştırılmamalıdır - bu harf genellikle basıncı belirtmek için kullanılır.
Fizikte yoğunluk nasıl bulunur? Yoğunluk formülünü kullanın: ρ = m/V
Bu değer g/l, g/m3 cinsinden ve genel olarak kütle ve hacim ile ilgili herhangi bir birimde ölçülebilir. Yoğunluğun SI birimi nedir? ρ = [kg/m3]. Bu birimler arasındaki dönüşüm temel matematik işlemleriyle gerçekleştirilir. Ancak daha yaygın olarak kullanılan SI ölçü birimidir.
Yalnızca katılar için kullanılan standart formüle ek olarak, normal koşullar altında gazlar için de bir formül (n.s.) bulunmaktadır.
ρ (gaz) = M/Vm
M gazın molar kütlesidir [g/mol], Vm gazın molar hacmidir (normal koşullar altında bu değer 22,4 l/mol'dür).
Bu kavramı daha tam olarak tanımlamak için miktarın tam olarak ne anlama geldiğini açıklığa kavuşturmak gerekir..
- Homojen cisimlerin yoğunluğu tam olarak bir cismin kütlesinin hacmine oranıdır.
- Bir de "maddenin yoğunluğu" kavramı, yani bu maddeden oluşan homojen veya düzgün dağılmış homojen olmayan bir cismin yoğunluğu vardır. Bu değer sabittir. Çeşitli katı, sıvı ve gaz halindeki maddelerin değerlerini içeren tablolar (muhtemelen fizik derslerinde kullanmışsınızdır) vardır. Yani su için bu rakam 1000 kg/m3'tür. Bu değeri ve örneğin banyonun hacmini bilerek, bilinen değerleri yukarıdaki forma koyarak içine sığacak su kütlesini belirleyebiliriz.
- Ancak tüm maddeler homojen değildir. Bu tür insanlar için “ortalama vücut yoğunluğu” terimi yaratıldı. Bu değeri elde etmek için belirli bir maddenin her bileşeninin ρ'sini ayrı ayrı bulmak ve ortalama değeri hesaplamak gerekir.
Gözenekli ve tanecikli gövdeler diğer şeylerin yanı sıra aşağıdakilere sahiptir:
- Yapıdaki boşluklar dikkate alınmadan belirlenen gerçek yoğunluk.
- Bir maddenin kütlesinin kapladığı hacmin tamamına bölünmesiyle hesaplanabilen spesifik (görünen) yoğunluk.
Bu iki miktar, gözeneklilik katsayısı - boşlukların (gözeneklerin) hacminin, incelenen cismin toplam hacmine oranı - ile ilişkilidir.
Maddelerin yoğunluğu bir dizi faktöre bağlı olabilir ve bunlardan bazıları aynı anda bazı maddeler için bu değeri artırabilir, diğerleri için ise azaltabilir. Örneğin, düşük sıcaklıklarda bu değer genellikle artar, ancak yoğunluğu belirli bir sıcaklık aralığında anormal davranan çok sayıda madde vardır. Bu maddeler arasında dökme demir, su ve bronz (bakır ve kalay alaşımı) bulunur.
Örneğin suyun ρ değeri 4 °C sıcaklıkta en yüksek değerine sahiptir ve bu değere göre hem ısıtma hem de soğutma sırasında değişebilir.
Ayrıca bir maddenin bir ortamdan diğerine (katı-sıvı-gaz) geçtiğinde, yani toplanma durumu değiştiğinde, ρ'nin de değerini değiştirdiğini ve bunu sıçramalarda yaptığını söylemekte fayda var: geçiş sırasında artar Gazdan sıvıya ve sıvının kristalleşmesi sırasında. Ancak burada da bir takım istisnalar bulunmaktadır. Örneğin bizmut ve silikonun katılaşmada çok az değeri vardır. İlginç bir gerçek: Su kristalleştiğinde yani buza dönüştüğünde performansı da düşer ve bu nedenle buz suda batmaz.
Çeşitli cisimlerin yoğunluğunu kolayca hesaplama
Aşağıdaki ekipmanlara ihtiyacımız olacak:
- Terazi.
- Santimetre (ölçüm), eğer incelenen cisim katı bir toplanma durumundaysa.
- Test edilen madde sıvı ise hacimsel şişe.
İlk olarak, incelenen vücudun hacmini bir santimetre veya hacimsel bir şişe kullanarak ölçüyoruz. Sıvı durumunda, mevcut ölçeğe bakıp sonucu yazıyoruz. Kübik bir ahşap kiriş için, buna göre, üçüncü kuvvete yükseltilmiş yan değere eşit olacaktır. Hacmi ölçtükten sonra cesedi teraziye koyun ve kütle değerini yazın. Önemli! Bir sıvıyı inceliyorsanız, incelenen maddenin döküldüğü kabın kütlesini hesaba katmayı unutmayın. Deneysel olarak elde edilen değerleri yukarıda açıklanan formüle yerleştirip istenen göstergeyi hesaplıyoruz.
Çeşitli gazlar için bu göstergenin özel aletler olmadan hesaplanmasının çok daha zor olduğu söylenmelidir, bu nedenle değerlerine ihtiyacınız varsa, madde yoğunlukları tablosundan hazır değerleri kullanmak daha iyidir.
Ayrıca bu değeri ölçmek için özel aletler kullanılır:
- Piknometre gerçek yoğunluğu gösterir.
- Hidrometre bu göstergeyi sıvılarda ölçmek için tasarlanmıştır.
- Kaczynski'nin matkabı ve Seidelman'ın matkabı toprakların incelendiği cihazlardır.
- Belirli bir miktardaki sıvıyı ve çeşitli gazları basınç altında ölçmek için bir titreşim yoğunluk ölçer kullanılır.
TANIM
Ağırlık cisimlerin atalet ve yerçekimi özelliklerini karakterize eden skaler bir fiziksel niceliktir.
Herhangi bir vücut onu değiştirmeye "direnir". Cisimlerin bu özelliğine eylemsizlik denir. Yani örneğin bir sürücü aniden önündeki yola atlayan bir yayayı gördüğünde arabayı anında durduramaz. Aynı sebepten dolayı gardırop veya kanepeyi hareket ettirmek zordur. Çevredeki cisimlerin aynı etkisi altında, bir cisim hızını hızla değiştirebilirken, aynı koşullar altında bir diğeri çok daha yavaş değişebilir. İkinci cismin daha hareketsiz olduğu veya daha büyük kütleye sahip olduğu söyleniyor.
Dolayısıyla bir cismin ataletinin ölçüsü onun atalet kütlesidir. İki cisim birbiriyle etkileşime girerse, sonuç olarak her iki cismin hızı da değişir, yani. etkileşim sürecinde her iki beden de kazanır.
Etkileşen cisimlerin ivme modüllerinin oranı kütlelerinin ters oranına eşittir:
Yerçekimi etkileşiminin ölçüsü yerçekimi kütlesidir.
Atalet ve yerçekimi kütlelerinin birbiriyle orantılı olduğu deneysel olarak tespit edilmiştir. Birliğe eşit bir orantı katsayısı seçerek eylemsizlik ve çekim kütlelerinin eşitliğinden söz ederler.
SI sisteminde Kütle birimi kg'dır.
Kütle aşağıdaki özelliklere sahiptir:
- kütle her zaman pozitiftir;
- bir cisimler sisteminin kütlesi her zaman sisteme dahil olan cisimlerin her birinin kütlelerinin toplamına eşittir (toplanabilirlik özelliği);
- çerçevesinde kütle, vücudun doğasına ve hareket hızına bağlı değildir (değişmezlik özelliği);
- Kapalı bir sistemin kütlesi, sistemdeki cisimlerin birbirleriyle herhangi bir etkileşimi sırasında korunur (kütlenin korunumu yasası).
Maddelerin yoğunluğu
Bir cismin yoğunluğu birim hacim başına kütledir:
Birim SI sistemindeki yoğunluk kg/m .
Farklı maddelerin farklı yoğunlukları vardır. Bir maddenin yoğunluğu, kendisini oluşturan atomların kütlesine ve maddedeki atom ve moleküllerin paketleme yoğunluğuna bağlıdır. Atomların kütlesi ne kadar büyük olursa maddenin yoğunluğu da o kadar büyük olur. Farklı toplanma durumlarında, bir maddenin atomlarının paketlenme yoğunluğu farklıdır. Katılarda atomlar çok sıkı bir şekilde paketlenmiştir, dolayısıyla katı haldeki maddeler en yüksek yoğunluğa sahiptir. Sıvı haldeki bir maddenin yoğunluğu, katı haldeki yoğunluğundan önemli ölçüde farklı değildir çünkü atomların paketleme yoğunluğu hala yüksektir. Gazlarda moleküller birbirine zayıf bir şekilde bağlanır ve birbirlerinden uzun mesafelerde uzaklaşırlar; gaz halindeki atomların paketleme yoğunluğu çok düşüktür, bu nedenle bu durumda maddeler en düşük yoğunluğa sahiptir.
Astronomik gözlemlerden elde edilen verilere dayanarak, Evrendeki ortalama madde yoğunluğu belirlendi; hesaplama sonuçları, ortalama olarak dış uzayın aşırı derecede seyrek olduğunu gösteriyor. Maddeyi Galaksimizin tüm hacmine "yayarsak", içindeki ortalama madde yoğunluğu yaklaşık olarak 0,000 000 000 000 000 000 000 000 5 g/cm3'e eşit olacaktır. Evrendeki ortalama madde yoğunluğu metreküp başına yaklaşık altı atomdur.
Problem çözme örnekleri
ÖRNEK 1
| Egzersiz yapmak | Hacmi 125 cm olan bir dökme demir topun kütlesi 800 g'dır. Bu top katı mı yoksa içi boş mu? |
| Çözüm | Topun yoğunluğunu aşağıdaki formülü kullanarak hesaplayalım: Birimleri SI sistemine çevirelim: hacim cm Tabloya göre dökme demirin yoğunluğu 7000 kg/m3'tür. Elde ettiğimiz değer tablo değerinden küçük olduğundan topun içi boştur. |
| Cevap | Topun içi boş. |
M; ağırlık g kg.ÖRNEK 2
| Egzersiz yapmak | Tanker kazası sırasında körfezde 640 m çapında ve ortalama 208 cm kalınlığında bir su tabakası oluştu. Yoğunluğu 800 kg/m3 ise denizde ne kadar petrol vardı? |
| Çözüm | Petrol tabakasının yuvarlak olduğunu varsayarak alanını belirleriz: Şu gerçeği dikkate alarak Petrol tabakasının hacmi, kaygan alanın ve kalınlığının çarpımına eşittir:
Yağ Yoğunluğu:
Dökülen petrol kütlesi nereden geldi:
Birimleri SI sistemine dönüştürüyoruz: ortalama kalınlık cm m. |
| Cevap | Denizde bir kilo petrol vardı. |
ÖRNEK 3
| Egzersiz yapmak | Alaşım, 2,92 kg ağırlığında kalay ve 1,13 kg ağırlığında kurşundan oluşur. Alaşımın yoğunluğu nedir? |
| Çözüm | Alaşım Yoğunluğu: |
Tanım
Maddenin yoğunluğu (vücut maddesinin yoğunluğu) bir cismin küçük bir elemanının kütlesinin (dm) birim hacmine (dV) oranına eşit olan skaler bir fiziksel niceliktir. Çoğu zaman bir maddenin yoğunluğu Yunanca harfle gösterilir. Bu yüzden:
Maddenin yoğunluk türleri
Yoğunluğu belirlemek için ifade (1)'i kullanarak cismin bir noktadaki yoğunluğundan bahsediyoruz.
Bir cismin yoğunluğu, cismin malzemesine ve termodinamik durumuna bağlıdır.
burada m vücut kütlesidir, V vücut hacmidir.
Vücut homojen değilse, bazen şu şekilde hesaplanan ortalama yoğunluk kavramını kullanırlar:
burada m vücut kütlesidir, V vücut hacmidir. Teknolojide homojen olmayan (örneğin granüler) gövdeler için kütle yoğunluğu kavramı kullanılır. Yığın yoğunluğu (3) ile aynı şekilde hesaplanır. Hacim, dökme ve gevşek malzemelerdeki (kum, çakıl, tahıl vb.) boşluklar dahil edilerek belirlenir.
Normal koşullar altında gazlar dikkate alındığında yoğunluğu hesaplamak için formül kullanılır:
burada gazın molar kütlesi, normal şartlarda 22,4 l/mol olan gazın molar hacmidir.
Maddenin yoğunluğunu ölçmek için birimler
Tanıma uygun olarak SI sistemindeki yoğunluk ölçü birimlerini şöyle yazabiliriz: = kg/m3
GHS cinsinden: =g/(cm) 3
Bu durumda: 1 kg/m3 = (10) -3 g/(cm)3.
Problem çözme örnekleri
Örnek
Egzersiz yapmak. Bir H 2 O molekülünün kapladığı hacim yaklaşık olarak m 3'e eşitse suyun yoğunluğu nedir? Sudaki moleküllerin sıkı bir şekilde paketlendiğini düşünün.
burada m 0 bir su molekülünün kütlesidir. Bilinen ilişkiyi kullanarak m 0'ı bulalım:
burada N=1 molekül sayısıdır (bizim durumumuzda bir molekül), m söz konusu molekül sayısının kütlesidir (bizim durumumuzda m=m 0), N A =6,02 10 23 mol -1 – Avogadro sabiti, =18 10 - 3 kg/mol (suyun bağıl moleküler kütlesi M r =18 olduğundan). Bu nedenle, bir molekülün kütlesini bulmak için ifade (2)'yi kullanırsak:
m 0'ı ifade (1)'de yerine koyarsak şunu elde ederiz:
Gerekli değeri hesaplayalım:
kg/m3
Cevap. Suyun yoğunluğu 10 3 kg/m 3'tür.
Örnek
Egzersiz yapmak. Kristallerin köşelerinde klor iyonları (Cl -) bulunan ve merkezde bir sezyum iyonu (Cs +) bulunan kübik bir kristal kafesi (Şekil 1) varsa, sezyum klorür (CsCl) kristallerinin yoğunluğu nedir? ). Kristal kafesin kenarının d=0,41 nm'ye eşit olduğunu düşünün.
Çözüm. Sorunu çözmek için temel olarak aşağıdaki ifadeyi alıyoruz:
burada m maddenin kütlesidir (bizim durumumuzda bu bir molekülün kütlesidir – Avogadro sabiti, 
kg/mol Sezyum klorürün molar kütlesi (çünkü sezyum klorürün bağıl moleküler kütlesi eşittir). Bir molekül için ifade (2.1) formunu alacaktır.
Yoğunluk, bir miktarın diğerine dağılımının yoğunluğudur.
Terim birkaç farklı kavramı birleştirir, örneğin: maddenin yoğunluğu; optik yoğunluk; nüfus yoğunluğu; bina yoğunluğu; yangın yoğunluğu ve diğerleri. Tahribatsız muayeneyle ilgili iki kavrama bakalım.
1. Maddenin yoğunluğu.
Fizikte bir maddenin yoğunluğu, bu maddenin normal koşullar altında birim hacimde bulunan kütlesidir. Farklı maddelerden yapılmış aynı hacimdeki cisimler, yoğunluklarını karakterize eden farklı kütlelere sahiptir. Örneğin, dökme demir ve alüminyumdan yapılmış aynı boyuttaki iki küpün ağırlığı ve yoğunluğu farklı olacaktır.
Bir cismin yoğunluğunu hesaplamak için kütlesini doğru bir şekilde belirlemeniz ve onu bu cismin tam hacmine bölmeniz gerekir.
kg/m3
— Birimler
uluslararası yoğunluk
birim sistemi (SI)
gr/cm3
— Birimler
GHS sistemindeki yoğunluk
Yoğunluğu hesaplamak için bir formül türetelim.
Örneğin betonun yoğunluğunu belirleyelim. Ağırlığı 2,3 kg olan ve bir kenarı 10 cm olan bir beton küp alalım. Küpün hacmini hesaplayalım.
Verileri formülde değiştirin.
2.300 kg/m3 yoğunluk elde ediyoruz.
Bir maddenin yoğunluğu neye bağlıdır?
Bir maddenin yoğunluğu sıcaklığa bağlıdır. Yani çoğu durumda sıcaklık azaldıkça yoğunluk artar. Bunun istisnası su, dökme demir, bronz ve belirli bir sıcaklık aralığında farklı davranan diğer bazı maddelerdir. Örneğin suyun maksimum yoğunluğu 4°C'dedir. Sıcaklık arttıkça veya azaldıkça yoğunluk azalacaktır.
Bir maddenin yoğunluğu, toplanma durumu değiştiğinde de değişir. Bir maddenin gaz halinden sıvı hale ve daha sonra katı hale geçmesiyle aniden büyür. Burada da istisnalar vardır: Katılaşma sırasında suyun, bizmutun, silikonun ve diğer bazı maddelerin yoğunluğu azalır.
Bir maddenin yoğunluğu nasıl ölçülür?
Çeşitli maddelerin yoğunluğunu ölçmek için özel alet ve cihazlar kullanılır. Böylece sıvıların yoğunluğu ve çözeltilerin konsantrasyonu çeşitli hidrometrelerle ölçülür. Katıların, sıvıların ve gazların yoğunluğunu ölçmek için çeşitli piknometre türleri tasarlanmıştır.
2. Optik yoğunluk.
Fizikte optik yoğunluk, şeffaf malzemelerin ışığı absorbe etme ve opak malzemelerin onu yansıtma yeteneğidir. Bu kavram çoğu durumda, çeşitli maddelerin katmanlarından ve filmlerinden geçerken ışık radyasyonunun zayıflama derecesini karakterize eder.
Optik yoğunluk genellikle bir nesneye gelen radyasyon akısının, nesnenin içinden geçen veya ondan yansıyan akıya oranının ondalık logaritması olarak ifade edilir:
Optik yoğunluk = logaritma (bir nesne üzerindeki radyasyon akısı olayı, burada D - optik yoğunluk; F 0 - bir nesne üzerindeki radyasyon akısı olayı; F - bir nesneden geçen veya ondan yansıyan radyasyon akısı).