Yoğunluk denklemi. Suyun yoğunluğu nasıl belirlenir. Ayrıca bu değeri ölçmek için özel cihazlar kullanılmaktadır.

Yoğunluk, bir miktarın diğerine dağılımının yoğunluğudur.

Terim, aşağıdakiler gibi birkaç farklı kavramı birleştirir: maddenin yoğunluğu; optik yoğunluk; nüfus yoğunluğu; bina yoğunluğu; ateş yoğunluğu ve diğerleri. Tahribatsız muayene ile ilgili iki kavramı ele alalım.

1. Maddenin yoğunluğu.

Fizikte, bir maddenin yoğunluğu, normal koşullar altında bir birim hacimde bulunan bu maddenin kütlesidir. Farklı maddelerden yapılmış aynı hacimdeki cisimler, yoğunluklarını karakterize eden farklı kütlelere sahiptir. Örneğin, dökme demir ve alüminyumdan yapılmış aynı boyutta iki küp ağırlık ve yoğunluk bakımından farklılık gösterecektir.

Herhangi bir cismin yoğunluğunu hesaplamak için kütlesini doğru bir şekilde belirlemeniz ve bu cismin tam hacmine bölmeniz gerekir.

kg / m3
— Birimler
uluslararası yoğunluk
birim sistemi (SI)

g/cm3
— Birimler
cgs sistemindeki yoğunluk

Yoğunluğu hesaplamak için bir formül türetiyoruz.

Örneğin, betonun yoğunluğunu belirleyelim. Bir kenarı 10 cm olan 2,3 kg ağırlığındaki bir beton küpü alalım, küpün hacmini hesaplayalım.

Formüldeki verileri değiştiriyoruz.

2.300 kg / m3 yoğunluk elde ediyoruz.

Bir maddenin yoğunluğunu ne belirler

Bir maddenin yoğunluğu sıcaklığa bağlıdır. Bu nedenle, çoğu durumda, sıcaklık azaldıkça yoğunluk artar. Bunun istisnası su, dökme demir, bronz ve belirli bir sıcaklık aralığında farklı davranan diğer bazı maddelerdir. Örneğin su, 4 °C'de maksimum yoğunluğa sahiptir. Sıcaklık arttıkça veya azaldıkça yoğunluk azalır.

Bir maddenin yoğunluğu, kümelenme durumu değiştiğinde de değişir. Bir madde gaz halinden sıvı hale ve ardından katı hale geçerken aniden büyür. Burada da istisnalar vardır: katılaşma sırasında su, bizmut, silikon ve diğer bazı maddelerin yoğunluğu azalır.

Bir maddenin yoğunluğu nasıl ölçülür?

Çeşitli maddelerin yoğunluğunu ölçmek için özel cihazlar ve cihazlar kullanılır. Böylece sıvıların yoğunluğu ve çözeltilerin konsantrasyonu çeşitli hidrometreler ile ölçülür. Katıların, sıvıların ve gazların yoğunluğunu ölçmek için birkaç çeşit piknometre tasarlanmıştır.

2. Optik yoğunluk.

Fizikte optik yoğunluk, saydam malzemelerin ışığı emme ve opak malzemelerin onu yansıtma yeteneğidir. Çoğu durumda bu kavram, çeşitli maddelerin katmanlarından ve filmlerinden geçtiğinde ışık radyasyonunun zayıflama derecesini karakterize eder.

Optik yoğunluk genellikle nesneye gelen radyasyon akısının nesneden geçen veya nesneden yansıyan akıya oranının ondalık logaritması olarak ifade edilir:

Optik yoğunluk \u003d logaritma (D'nin optik yoğunluk olduğu bir nesne üzerindeki radyasyon akısı olayı; F 0, nesneye gelen radyasyon akısı; F, nesneden geçen veya ondan yansıyan radyasyon akıdır).

Talimat

Dolayısıyla, herkes uzun zamandır, ister sıvı ister katı agrega olsun, bir maddenin yoğunluğunun kütle bölü hacme göre hesaplanabileceğini bilmiyordu. Yani, sıradan sıvı suyun yoğunluğunu deneysel olarak belirlemek için yapmanız gerekenler: 1) Dereceli bir silindir alın ve tartın.
2) İçine su dökün, kapladığı hacmi sabitleyin.
3) Silindiri suyla tartın.
4) Kütle farkını hesaplayarak suyun kütlesini bulunuz.
5) Bilinen formülü kullanarak yoğunluğu hesaplayın

Ancak yoğunluk değerlerinin farklı sıcaklıklarda farklılık gösterdiği fark edildi. Ancak en şaşırtıcı olan şey, değişimin hangi kanunla gerçekleştiğidir. Şimdiye kadar, dünyanın dört bir yanındaki bilim adamları bu fenomen üzerinde kafa karıştırıyorlar. Hiç kimse gizemi çözemez ve şu soruyu cevaplayamaz: "Yoğunluk değeri neden 0'dan 3,98'e ve 3,98'den sonra ısıtıldığında?" Birkaç yıl önce Japon fizikçi Masakazu Matsumoto, su moleküllerinin yapısı için bir model önerdi. Bu teoriye göre, bazı poligonal mikro oluşumlar - suda vitritler oluşur, bu da sırayla hidrojen bağlarının uzaması fenomenine hakim olur ve su moleküllerini sıkıştırır. Ancak bu teori henüz deneysel olarak doğrulanmadı. Yoğunluğa karşı sıcaklık grafiği aşağıda gösterilmiştir. Kullanmak için yapmanız gerekenler: 1) İlgili eksende ihtiyacınız olan sıcaklık değerini bulun.
2) Tablodaki direği indirin. Doğrunun ve fonksiyonun kesişme noktasını işaretleyin.
3) Ortaya çıkan noktadan yoğunluk eksenine sıcaklık eksenine paralel bir çizgi çizin. Kesişme noktası istenen değerdir.Örnek:Su sıcaklığı 4 derece olsun, daha sonra inşaat sonrası yoğunluk 1 g/cm^3 olsun. Bu değerlerin her ikisi de yaklaşık değerlerdir.

Daha doğru bir yoğunluk değeri belirlemek için tabloyu kullanmanız gerekir. İstenen sıcaklık değerinde veri yoksa: 1) İstenen değerin aralarında bulunduğu değerleri bulun. Daha iyi anlamak için bir örneğe bakalım. 65 derecelik bir sıcaklıkta suyun yoğunluğuna ihtiyacınız olsun. Yaşı 60 ile 70 arasındadır.
2) Beraberlik koordinat uçağı. Apsisi sıcaklık, y eksenini yoğunluk olarak belirtin. Bildiğiniz noktaları (A ve B) grafik üzerinde işaretleyiniz. Onları düz bağlayın.
3) İstenen sıcaklık değerinden yukarıda elde edilen parçaya dik olanı indirerek C noktası olarak işaretleyiniz.
4) Grafikte gösterildiği gibi D, E, F noktalarını işaretleyin.
5) Şimdi ADB ve AFC üçgenlerinin benzer olduğu açıkça görülüyor. O zaman ilişki doğrudur:
AD/AF=DB/EF, bu nedenle:
(0.98318-0.97771)/(0.98318-x)=(70-60)/(65-60);
0.00547/(0.98318-x)=2
1.96636-2x=0.00547
x=0.980445
Buna göre 65 derecede suyun yoğunluğu 0.980445 g/cm^3
Bu değer bulma yöntemine enterpolasyon yöntemi denir.

Şekil 1. Bazı maddelerin yoğunluk tablosu. Author24 - öğrenci belgelerinin çevrimiçi değişimi

Çevremizdeki dünyadaki tüm cisimler farklı boyut ve hacimlere sahiptir. Ancak aynı hacimsel verilerle bile, maddelerin kütlesi önemli ölçüde farklılık gösterecektir. Fizikte bu fenomene maddenin yoğunluğu denir.

Yoğunluk, bilinen herhangi bir maddenin özellikleri hakkında fikir veren temel bir fiziksel kavramdır.

tanım 1

Bir maddenin yoğunluğu, birim hacim başına belirli bir maddenin kütlesini gösteren fiziksel bir miktardır.

Bir maddenin yoğunluğu cinsinden hacim birimleri genellikle metreküp veya santimetre küp. Bir maddenin yoğunluğunun belirlenmesi özel ekipman ve aletlerle yapılır.

Bir maddenin yoğunluğunu belirlemek için kütlesini kendi hacmine bölmek gerekir. Bir maddenin yoğunluğunu hesaplarken, aşağıdaki miktarlar kullanılır:

vücut ağırlığı ($m$); vücut hacmi ($V$); vücut yoğunluğu ($ρ$)

Açıklama 1

$ρ$ Yunan alfabesinin "ro" harfidir ve benzer basınç sembolü - $p$ ("pe") ile karıştırılmamalıdır.

Madde Yoğunluğu Formülü

Bir maddenin yoğunluğunun hesaplanması, SI ölçüm sisteminin kullanılmasıyla gerçekleşir. İçinde yoğunluk birimleri, metreküp başına kilogram veya santimetreküp başına gram olarak ifade edilir. Ayrıca herhangi bir ölçüm sistemini de kullanabilirsiniz.

Bir madde, farklı kümelenme durumlarındaysa, farklı yoğunluk derecelerine sahiptir. Başka bir deyişle, katı haldeki bir maddenin yoğunluğu, aynı maddenin sıvı veya gaz halindeki yoğunluğundan farklı olacaktır. Örneğin, suyun normal sıvı halinde yoğunluğu metreküp başına 1.000 kilogramdır. Donmuş durumda, su (buz) zaten metreküp başına 900 kilogram yoğunluğa sahip olacaktır. Normal atmosfer basıncında ve sıfır dereceye yakın bir sıcaklıkta su buharı, metreküp başına 590 kilogram yoğunluğa sahip olacaktır.

Bir maddenin yoğunluğu için standart formül aşağıdaki gibidir:

Yalnızca katılar için kullanılan standart formüle ek olarak, normal koşullar altında gaz için bir formül vardır:

$ρ = M / Vm$, burada:

$M$- molar kütle gaz,
$Vm$ - gazın molar hacmi.

İki tip var katılar:

gözenekli;
gevşetmek.

Açıklama 2

Fiziksel özellikleri, maddenin yoğunluğunu doğrudan etkiler.

Homojen cisimlerin yoğunluğu

tanım 2

Homojen cisimlerin yoğunluğu, bir cismin kütlesinin hacmine oranıdır.

Bu maddeden oluşan homojen olmayan bir yapıya sahip homojen ve düzgün dağılmış bir cismin yoğunluğunun tanımı, bir maddenin yoğunluğu kavramına dahil edilir. Bu devamlı ve bilgilerin daha iyi anlaşılması için tüm yaygın maddelerin toplandığı özel tablolar oluşturulur. Her madde için değerler üç bileşene ayrılır:

katı hal yoğunluğu;
vücudun sıvı haldeki yoğunluğu;
gaz halindeki bir cismin yoğunluğu.

Yeterince su homojen madde. Bazı maddeler çok homojen değildir, bu nedenle vücudun ortalama yoğunluğu onlar için belirlenir. Bu değeri elde etmek için maddenin ρ sonucunun her bir bileşen için ayrı ayrı bilinmesi gerekir. Gevşek ve gözenekli cisimler gerçek yoğunluğa sahiptir. Yapısındaki boşluklar dikkate alınmadan belirlenir. spesifik yer çekimi bir maddenin kütlesinin kapladığı toplam hacme bölünmesiyle hesaplanabilir.

Benzer değerler, gözeneklilik katsayısı ile birbirine bağlanır. Boşluk hacminin cismin toplam hacmine oranıdır. şu an incelenmekte.

Maddelerin yoğunluğu birçok ek faktöre bağlıdır. Bazıları aynı anda bazı maddeler için bu değeri arttırır ve geri kalanı için düşürür. Düşük sıcaklıklarda, bir maddenin yoğunluğu artar. Bazı maddeler sıcaklık değişimlerine farklı şekillerde tepki verebilirler. Bu durumda, belirli bir sıcaklık aralığında yoğunluğun anormal davrandığını söylemek adettendir. Bu tür maddeler genellikle bronz, su, dökme demir ve diğer bazı alaşımları içerir. Suyun yoğunluğu en yüksek 4 santigrat derecedir. Daha fazla ısıtma veya soğutma ile bu gösterge de önemli ölçüde değişebilir.

Su yoğunluğu ile metamorfozlar, bir kümelenme durumundan diğerine geçiş sırasında meydana gelir. Bu durumlarda ρ indeksi değerlerini aniden değiştirir. Gaz halinden bir sıvıya geçişin yanı sıra sıvı kristalizasyon anında kademeli olarak artar.

Çok sayıda istisnai durum vardır. Örneğin silikon katılaşma sırasında küçük yoğunluk değerlerine sahiptir.

Bir maddenin yoğunluğunu ölçmek

Bir maddenin yoğunluğunu etkin bir şekilde ölçmek için genellikle özel ekipman kullanılır. Bu oluşmaktadır:

terazi;
ölçü aleti bir çizgi şeklinde;
ölçüm şişesi.

Test maddesi katı haldeyse, ölçüm cihazı olarak santimetre şeklinde bir ölçüm cihazı kullanılır. Test maddesi sıvı içindeyse toplama durumu, daha sonra ölçümler için bir ölçülü balon kullanılır.

İlk önce vücudun hacmini bir santimetre veya ölçülü balon ile ölçmeniz gerekir. Araştırmacı ölçüm ölçeğini gözlemler ve sonucu kaydeder. Kübik şekilli bir ahşap kiriş inceleniyorsa, yoğunluk üçüncü güce yükseltilmiş tarafın değerine eşit olacaktır. Bir sıvıyı incelerken, ölçümlerin yapıldığı kabın kütlesini de hesaba katmak gerekir. Elde edilen değerler, maddenin yoğunluğu için evrensel formülde değiştirilmelidir ve gösterge hesaplanır.

Gazlar için, çeşitli ölçüm cihazlarının kullanılması gerektiğinden göstergenin hesaplanması çok zordur.

Genellikle, maddelerin yoğunluğunu hesaplamak için bir hidrometre kullanılır. Sıvılar üzerinde sonuç almak için tasarlanmıştır. Gerçek yoğunluk bir piknometre kullanılarak incelenir. Zeminler Kaczynski ve Seidelman matkapları yardımıyla incelenir.

Yoğunluk genellikle bir nesnenin, maddenin veya sıvının kütlesinin uzayda kapladıkları hacme oranını belirleyen böyle bir fiziksel nicelik olarak adlandırılır. Yoğunluğun ne olduğundan, bir cismin ve maddenin yoğunluğunun nasıl farklı olduğundan ve (hangi formülü kullanarak) fizikte yoğunluğun nasıl bulunacağından bahsedelim.

yoğunluk türleri

Yoğunluğun birkaç türe ayrılabileceği açıklığa kavuşturulmalıdır.

İncelenen nesneye bağlı olarak:

Bir cismin yoğunluğu - homojen cisimler için - cismin kütlesinin uzayda kapladığı hacme doğrudan oranıdır.
Bir maddenin yoğunluğu, bu maddeden oluşan cisimlerin yoğunluğudur. Maddelerin yoğunluğu sabittir. Farklı maddelerin yoğunluğunun belirtildiği özel tablolar vardır. Örneğin, alüminyumun yoğunluğu 2,7 * 103 kg / m3'tür. Alüminyumun yoğunluğunu ve ondan yapılan cismin kütlesini bilerek, bu cismin hacmini hesaplayabiliriz. Veya cismin alüminyumdan oluştuğunu ve bu cismin hacmini bilerek kütlesini kolayca hesaplayabiliriz. Bu değerleri nasıl bulacağımızı, yoğunluğu hesaplamak için bir formül türettiğimizde biraz sonra ele alacağız.
Vücut birkaç maddeden oluşuyorsa, yoğunluğunu belirlemek için, ayrıntılarının yoğunluğunu her madde için ayrı ayrı hesaplamak gerekir. Bu yoğunluğa vücudun ortalama yoğunluğu denir.

Gövdeyi oluşturan maddenin gözenekliliğine bağlı olarak:

Gerçek yoğunluk, vücuttaki boşluklar dikkate alınmadan hesaplanan yoğunluktur.
Özgül ağırlık - veya görünen yoğunluk - gözenekli veya gevrek bir maddeden oluşan bir cismin boşlukları dikkate alınarak hesaplanan ağırlıktır.

Peki yoğunluğu nasıl buluyorsunuz?

Yoğunluk Formülü

Bir cismin yoğunluğunu bulmaya yardımcı olacak formül aşağıdaki gibidir:

p = m / V, burada p maddenin yoğunluğu, m cismin kütlesi, V cismin uzaydaki hacmidir.

Belirli bir gazın yoğunluğunu hesaplarsak, formül şöyle görünecektir:

p \u003d M / V m p, gazın yoğunluğudur, M, gazın molar kütlesidir, V m, normal koşullar altında 22.4 l / mol olan molar hacimdir.

Örnek: Bir maddenin kütlesi 15 kg, 5 litre yer kaplıyor. Maddenin yoğunluğu nedir?

Çözüm: Değerleri formülde değiştirin

p = 15 / 5 = 3 (kg/l)

Cevap: maddenin yoğunluğu 3 kg/l

yoğunluk birimleri

Bir cismin ve bir maddenin yoğunluğunun nasıl bulunacağını bilmenin yanı sıra, yoğunluk ölçü birimlerini de bilmek gerekir.

Katılar için - kg / m3, g / cm3
Sıvılar için - 1 g / l veya 10 3 kg / m3
Gazlar için - 1 g / l veya 10 3 kg / m3

Yoğunluk birimleri hakkında daha fazla bilgiyi makalemizde okuyabilirsiniz.

Evde yoğunluk nasıl bulunur

Evde bir cismin veya maddenin yoğunluğunu bulmak için ihtiyacınız olacak:

Ölçekler;
gövde katı ise santimetre;
Bir sıvının yoğunluğunu ölçmek istiyorsanız damar.

Evde bir cismin yoğunluğunu bulmak için hacmini bir santimetre veya kap ile ölçmeniz ve ardından cismi teraziye koymanız gerekir. Bir sıvının yoğunluğunu ölçüyorsanız, hesaplamadan önce sıvıyı döktüğünüz kabın kütlesini çıkarmayı unutmayın. Evde gazların yoğunluğunu hesaplamak çok daha zordur, çeşitli gazların yoğunluklarının zaten belirtildiği hazır tabloların kullanılmasını öneririz.

Şekil 1. Bazı maddelerin yoğunluk tablosu. Author24 - öğrenci belgelerinin çevrimiçi değişimi

Yoğunluk, bilinen herhangi bir maddenin özellikleri hakkında fikir veren temel bir fiziksel kavramdır.

tanım 1

Bir maddenin yoğunluğu, birim hacim başına belirli bir maddenin kütlesini gösteren fiziksel bir miktardır.

Bir maddenin yoğunluğu cinsinden hacim birimleri genellikle bir metreküp veya bir santimetre küptür. Bir maddenin yoğunluğunun belirlenmesi özel ekipman ve aletlerle yapılır.

Bir maddenin yoğunluğunu belirlemek için kütlesini kendi hacmine bölmek gerekir. Bir maddenin yoğunluğunu hesaplarken, aşağıdaki miktarlar kullanılır:

vücut ağırlığı ($m$); vücut hacmi ($V$); vücut yoğunluğu ($ρ$)

Açıklama 1

$ρ$ Yunan alfabesinin "ro" harfidir ve benzer basınç sembolü - $p$ ("pe") ile karıştırılmamalıdır.

Madde Yoğunluğu Formülü

Bir maddenin yoğunluğu için standart formül aşağıdaki gibidir:

Yalnızca katılar için kullanılan standart formüle ek olarak, normal koşullar altında gaz için bir formül vardır:

$ρ = M / Vm$, burada:

$M$ - gazın molar kütlesi,
$Vm$ - gazın molar hacmi.

İki tür katı vardır:

gözenekli;
gevşetmek.

Açıklama 2

Fiziksel özellikleri, maddenin yoğunluğunu doğrudan etkiler.

Homojen cisimlerin yoğunluğu

tanım 2

Homojen cisimlerin yoğunluğu, bir cismin kütlesinin hacmine oranıdır.

Bu maddeden oluşan homojen olmayan bir yapıya sahip homojen ve düzgün dağılmış bir cismin yoğunluğunun tanımı, bir maddenin yoğunluğu kavramına dahil edilir. Bu sabit bir değerdir ve bilgilerin daha iyi anlaşılması için tüm ortak maddelerin toplandığı özel tablolar oluşturulur. Her madde için değerler üç bileşene ayrılır:

katı hal yoğunluğu;
vücudun sıvı haldeki yoğunluğu;
gaz halindeki bir cismin yoğunluğu.

Su oldukça homojen bir maddedir. Bazı maddeler çok homojen değildir, bu nedenle vücudun ortalama yoğunluğu onlar için belirlenir. Bu değeri elde etmek için maddenin ρ sonucunun her bir bileşen için ayrı ayrı bilinmesi gerekir. Gevşek ve gözenekli cisimler gerçek yoğunluğa sahiptir. Yapısındaki boşluklar dikkate alınmadan belirlenir. Özgül ağırlık, bir maddenin kütlesinin kapladığı toplam hacme bölünmesiyle hesaplanabilir.

Benzer değerler, gözeneklilik katsayısı ile birbirine bağlanır. Boşluk hacminin, şu anda incelenmekte olan vücudun toplam hacmine oranını temsil eder.

Çok sayıda istisnai durum vardır. Örneğin silikon katılaşma sırasında küçük yoğunluk değerlerine sahiptir.

Bir maddenin yoğunluğunu ölçmek

Bir maddenin yoğunluğunu etkin bir şekilde ölçmek için genellikle özel ekipman kullanılır. Bu oluşmaktadır:

terazi;
cetvel şeklinde ölçüm cihazı;
ölçüm şişesi.

Test maddesi katı haldeyse, ölçüm cihazı olarak santimetre şeklinde bir ölçüm cihazı kullanılır. Test maddesi sıvı bir agregasyon halindeyse, ölçümler için bir ölçülü balon kullanılır.

Gazlar için, çeşitli ölçüm cihazlarının kullanılması gerektiğinden göstergenin hesaplanması çok zordur.