Сред всички други вещества на планетата Земя газовете имат най-ниска плътност. Течностите, като правило, се характеризират с по-висока плътност в сравнение с тях и максимална стойностТози индикатор може да се намери в твърди вещества. Например, осмият се счита за най-плътния метал.
Измерване на плътност
За измерване на плътност и др предметни области, тази концепция е приета специална сложна мерна единица, основана на връзката на плътността с масата и обема на дадено вещество. По този начин в международната система от мерни единици SI единицата, използвана за описване на плътността на дадено вещество, е килограм на кубичен метър, който обикновено се означава като kg/m³.В същото време, ако ние говорим заЗа много малки обеми от вещество, за което трябва да се измери плътността, се използва производна на тази обща единица, изразена като грамове на кубичен сантиметър. В съкратена форма тази единица обикновено се обозначава g/cm³.
В този случай плътността различни веществаима тенденция да се променя в зависимост от температурата: в повечето случаи намаляването му води до увеличаване на плътността на веществото. Така например обикновеният въздух при температура +20°C има плътност, равна на 1,20 kg/m³, докато когато температурата падне до 0°C, плътността му ще се увеличи до 1,29 kg/m³, а при по-нататъшно намаляване до -50°C плътността на въздуха ще достигне 1,58 kg/m³. В същото време някои вещества са изключение от това правило, тъй като промяната в тяхната плътност не се подчинява на определения модел: това включва например вода.
За измерване на плътността на веществата се използват различни физически инструменти. Например, можете да измерите плътността на течност с помощта на хидрометър, а за да определите плътността на твърдо или газообразно вещество, можете да използвате пикнометър.
КРИСТАЛНА ФИЗИКА
ФИЗИЧНИ СВОЙСТВА НА КРИСТАЛИТЕ
Плътност
Плътността е физична величина, определена за хомогенно вещество от масата на неговата единица обем. За нехомогенно вещество плътността в определена точкасе изчислява като границата на отношението на масата на тялото (m) към неговия обем (V), когато обемът се свие до тази точка. Средната плътност на хетерогенно вещество е отношението m/V.
Плътността на веществото зависи от неговата маса атоми, от които се състои, и върху плътността на опаковане на атомите и молекулите в веществото. Колкото по-голяма е масата на атомите, толкова по-голяма е плътността.
Но ако разгледаме едно и също вещество в различни агрегатни състояния, ще видим, че неговата плътност ще бъде различна!
Твърдо тяло - агрегатно състояние на вещество, характеризиращо се със стабилност на формата и характера топлинно движениеатоми, които претърпяват малки вибрации около равновесни позиции. Кристалите се характеризират с пространствена периодичност в подреждането на равновесните позиции на атомите. В аморфните тела атомите вибрират около произволно разположени точки. Според класическите концепции стабилното състояние (с минимална потенциална потенциална енергия) на твърдото тяло е кристално. Аморфното тяло е в метастабилно състояние и с времето трябва да се трансформира в кристално състояние, но времето на кристализация често е толкова дълго, че метастабилността изобщо не се проявява.
Атомите са здраво свързани един с друг и много плътно опаковани. Следователно веществото в твърдо състояние има най-висока плътност.
Течното състояние е едно от агрегатните състояния на материята. Основното свойство на течността, което я отличава от другите състояния на агрегиране, е способността да променя формата си неограничено под въздействието на механични напрежения, дори произволно малки, като същевременно практически запазва обема си.
Течното състояние обикновено се счита за междинно между твърдо и газ: газът не запазва нито обем, нито форма, но твърдото вещество запазва и двете.
Формата на течните тела може да се определи изцяло или частично от факта, че тяхната повърхност се държи като еластична мембрана. Така водата може да се събира на капки. Но течността може да тече дори под неподвижната си повърхност, а това също означава, че формата (вътрешните части на течното тяло) не се запазва.
Плътността на опаковката на атомите и молекулите е все още висока, така че плътността на веществото в течно състояние не се различава много от твърдото състояние.
Газът е агрегатно състояние на вещество, характеризиращо се с много слаби връзки между съставните му частици (молекули, атоми или йони), както и с тяхната висока подвижност. Газовите частици се движат почти свободно и хаотично в интервалите между сблъсъци, по време на които настъпва рязка промяна в характера на тяхното движение.
Газообразното състояние на дадено вещество при условия, при които е възможно съществуването на стабилна течна или твърда фаза на същото вещество, обикновено се нарича пара.
Подобно на течностите, газовете имат течливост и се съпротивляват на деформация. За разлика от течностите, газовете нямат фиксиран обем и не образуват свободна повърхност, а се стремят да запълнят целия наличен обем (например съд).
Газообразното състояние е най-често срещаното състояние на материята във Вселената (междузвездна материя, мъглявини, звезди, планетарни атмосфери и др.). от химични свойствагазовете и техните смеси са много разнообразни – от нискоактивни инертни газовекъм експлозивни газови смеси. Газовете понякога включват не само системи от атоми и молекули, но и системи от други частици - фотони, електрони, браунови частици, както и плазма.
Молекулите на течността нямат определена позиция, но в същото време нямат пълна свобода на движение. Между тях има привличане, достатъчно силно, за да ги държи близо.
Молекулите имат много слаби връзки една с друга и се отдалечават много една от друга. Плътността на опаковката е много ниска, поради което веществото е в газообразно състояние
има ниска плътност.
2. Видове плътност и мерни единици
Плътността се измерва в kg/m³ в системата SI и в g/cm³ в системата GHS, останалата част (g/ml, kg/l, 1 t/ М3) – производни.
За гранулирани и порести тела има:
Истинската плътност, определена без отчитане на празнините
Привидна плътност, изчислена като съотношението на масата на веществото към целия обем, който то заема
3. Формула за намиране на плътност
Плътността се намира по формулата:
Следователно числената стойност на плътността на веществото показва масата на единица обем от това вещество. Например, плътност излято желязо 7 kg/dm3. Това означава, че 1 dm3 чугун има маса 7 kg. Плътност прясна вода– 1 кг/л. Следователно масата на 1 литър вода е равна на 1 кг.
За да изчислите плътността на газовете, можете да използвате формулата:
където М - моларна масагаз, Vm - моларен обем(при нормални условия равно на 22,4 l/mol).
4. Зависимост на плътността от температурата
Като правило, когато температурата намалява, плътността се увеличава, въпреки че има вещества, чиято плътност се държи по различен начин, например вода, бронз и чугун. По този начин плътността на водата има максимална стойност при 4 °C и намалява както с повишаване, така и с понижаване на температурата.
Когато агрегатното състояние се промени, плътността на веществото се променя рязко: плътността се увеличава по време на прехода от газообразно състояние към течност и когато течността се втвърди. Вярно е, че водата е изключение от това правило; нейната плътност намалява, докато се втвърдява.
За различни природни обекти плътността варира в много широк диапазон. Междугалактическата среда има най-ниска плътност (ρ ~ 10-33 kg/m³). Плътността на междузвездната среда е около 10-21 kg/M3. Средната плътност на Слънцето е приблизително 1,5 пъти по-висока от плътността на водата, равна на 1000 kg/M3, а средната плътност на Земята е 5520 kg/M3. Осмият има най-висока плътност сред металите (22 500 kg/M3), а плътността на неутронните звезди е от порядъка на 1017÷1018 kg/M3.
5. Плътности на някои газове
- Плътност на газове и пари (0° C, 101325 Pa), kg/m³
Кислород 1,429
Амоняк 0,771
Криптон 3743
Аргон 1,784
Ксенон 5.851
Водород 0,090
Метан 0,717
Водна пара (100°C) 0,598
Въздух 1.293
Въглероден диоксид 1,977
Хелий 0,178
Етилен 1.260
- Плътност на някои видове дървесина
Плътност на дървесината, g/cm³
Балса 0,15
Сибирска ела 0,39
Секвоя вечнозелена 0,41
Конски кестен 0,56
Ядлив кестен 0,59
Кипарис 0,60
Птича череша 0,61
леска 0,63
Орех 0,64
Бреза 0,65
Гладък бряст 0,66
Лиственица 0,66
Полски клен 0,67
Тиково дърво 0,67
Свитения (Махагон) 0.70
Явор 0,70
Жостер (зърнастец) 0,71
Люляк 0,80
Глог 0,80
Пекан (кария) 0,83
Сандалово дърво 0,90
Чемшир 0,96
Абанос райска ябълка 1.08
Quebracho 1.21
Gweyakum, или backout 1.28
- Плътностметали(при 20°C) t/M3
Алуминий 2.6889
Волфрам 19,35
Графит 1.9 - 2.3
Желязо 7.874
злато 19.32
Калий 0,862
Калций 1,55
Кобалт 8.90
Литий 0,534
Магнезий 1,738
Мед 8.96
Натрий 0,971
Никел 8,91
Калай(бял) 7.29
Платина 21.45
Плутоний 19.25
Водя 11.336
Сребро 10.50
Титан 4.505
Цезий 1.873
Цирконий 6,45
- Плътност на сплавите (при 20°C)) t/M3
Бронз 7,5 - 9,1
Сплав на Уудс 9.7
Дуралуминий 2.6 - 2.9
Константан 8.88
Месинг 8.2 - 8.8
Нихром 8.4
Платина-иридий 21.62
Стомана 7,7 - 7,9
Неръждаема стомана (средно) 7.9 - 8.2
класове 08Х18Н10Т, 10Х18Н10Т 7.9
класове 10Х17Н13М2Т, 10Х17Н13М3Т 8
оценки 06ХН28МТ, 06ХН28МДТ 7.95
класове 08Х22Н6Т, 12Х21Н5Т 7.6
Бял чугун 7.6 - 7.8
Сив чугун 7.0 - 7.2
Нека поставим на везната железни и алуминиеви цилиндри с еднакъв обем. Балансът на везните е нарушен. Защо?
Нарушаването на равновесието означава, че масите на телата не са еднакви. Масата на железния цилиндър е по-голяма от масата на алуминиевия цилиндър. Но обемите на цилиндрите са равни. Това означава, че единица обем (1 cm3 или 1 m3) желязо има по-голяма маса от алуминия.
Масата на веществото, съдържащо се в единица обем, се нарича плътност на материята.
За да намерите плътността, трябва да разделите масата на веществото на неговия обем. Плътността се обозначава с гръцката буква ρ (ro). Тогава
плътност = маса/обем,
ρ = м/V .
Единицата SI за плътност е 1 kg/m3. Плътностите на различни вещества се определят експериментално и са представени в таблицата:
| вещество | ρ, kg/m3 | ρ, g/cm3 |
|---|---|---|
| Вещество в твърдо състояние при 20 °C | ||
| Осмий | 22600 | 22,6 |
| Иридий | 22400 | 22,4 |
| Платина | 21500 | 21,5 |
| злато | 19300 | 19,3 |
| Водя | 11300 | 11,3 |
| Сребро | 10500 | 10,5 |
| Мед | 8900 | 8,9 |
| Месинг | 8500 | 8,5 |
| Стомана, желязо | 7800 | 7,8 |
| Калай | 7300 | 7,3 |
| Цинк | 7100 | 7,1 |
| Излято желязо | 7000 | 7,0 |
| Корунд | 4000 | 4,0 |
| Алуминий | 2700 | 2,7 |
| Мрамор | 2700 | 2,7 |
| Прозоречно стъкло | 2500 | 2,5 |
| Порцелан | 2300 | 2,3 |
| Бетон | 2300 | 2,3 |
| Трапезна сол | 2200 | 2,2 |
| Тухла | 1800 | 1,8 |
| Плексиглас | 1200 | 1,2 |
| Капрон | 1100 | 1,1 |
| Полиетилен | 920 | 0,92 |
| Парафин | 900 | 0,90 |
| Лед | 900 | 0,90 |
| Дъб (сух) | 700 | 0,70 |
| бор (сух) | 400 | 0,40 |
| корк | 240 | 0,24 |
| Течност при 20 °C | ||
| живак | 13600 | 13,60 |
| Сярна киселина | 1800 | 1,80 |
| Глицерол | 1200 | 1,20 |
| Морска вода | 1030 | 1,03 |
| вода | 1000 | 1,00 |
| Слънчогледово олио | 930 | 0,93 |
| Машинно масло | 900 | 0,90 |
| Керосин | 800 | 0,80 |
| Алкохол | 800 | 0,80 |
| Масло | 800 | 0,80 |
| ацетон | 790 | 0,79 |
| Етер | 710 | 0,71 |
| Бензин | 710 | 0,71 |
| Течен калай (при T= 400 °C) | 6800 | 6,80 |
| Течен въздух (при T= -194 °C) | 860 | 0,86 |
| Газ при 0 °C | ||
| хлор | 3,210 | 0,00321 |
| Въглероден окис (IV) ( въглероден двуокис) | 1,980 | 0,00198 |
| Кислород | 1,430 | 0,00143 |
| Въздух | 1,290 | 0,00129 |
| Азот | 1,250 | 0,00125 |
| Въглероден (II) оксид (въглероден оксид) | 1,250 | 0,00125 |
| Природен газ | 0,800 | 0,0008 |
| Водна пара (при T= 100 °C) | 0,590 | 0,00059 |
| Хелий | 0,180 | 0,00018 |
| Водород | 0,090 | 0,00009 |
Как разбираме, че плътността на водата е ρ = 1000 kg/m3? Отговорът на този въпрос следва от формулата. Маса вода в обем V= 1 m 3 е равно на м= 1000 кг.
От формулата за плътност, масата на веществото
м = ρ V.
От две тела с еднакъв обем тялото с по-голяма плътност на материята има по-голяма маса.
Сравнявайки плътностите на желязо ρ f = 7800 kg/m 3 и алуминий ρ al = 2700 kg/m 3, разбираме защо в експеримента масата на железен цилиндър се оказа по-голяма от масата на алуминиев цилиндър на същия обем.
Ако обемът на тялото се измерва в cm 3, тогава за определяне на телесната маса е удобно да се използва стойността на плътността ρ, изразена в g / cm 3.
Нека преобразуваме, например, плътността на водата от kg/m3 в g/cm3:
ρ in = 1000 kg/m 3 = 1000 \(\frac(1000~g)(1000000~cm^(3))\) = 1 g/cm3.
Така числената стойност на плътността на всяко вещество, изразена в g/cm 3 , е 1000 пъти по-малка от числената стойност, изразена в kg/m 3 .
Формула за плътност на веществото ρ = м/Vизползва се за хомогенни тела, т.е. за тела, състоящи се от едно вещество. Това са тела, които нямат въздушни кухини или не съдържат примеси на други вещества. По измерената плътност се съди за чистотата на веществото. Има ли например някакъв евтин метал, добавен в златно кюлче?
Като правило веществото в твърдо състояние има по-голяма плътност, отколкото в течно състояние. Изключение от това правило са ледът и водата, състоящи се от молекули H 2 O. Плътността на леда е ρ = 900 kg 3, плътността на водата е ρ = 1000 kg 3. Плътността на леда е по-малка от плътността на водата, което показва по-малко плътно опаковане на молекули (т.е. по-големи разстояния между тях) в твърдо състояние на веществото (лед), отколкото в течно състояние (вода). В бъдеще ще срещнете и други много интересни аномалии (аномалии) в свойствата на водата.
Средната плътност на Земята е приблизително 5,5 g/cm 3 . Този и други факти, известни на науката, ни позволиха да направим някои изводи за структурата на Земята. Средната дебелина на земната кора е около 33 km. Земната кора е съставена предимно от почва и скали. Средната плътност на земната кора е 2,7 g/cm 3, а плътността на скалите, лежащи непосредствено под земната кора, - 3,3 g/cm 3 . Но и двете стойности са по-малко от 5,5 g/cm 3, т.е. по-малко от средната плътност на Земята. От това следва, че плътността на материята, намираща се в дълбините на земното кълбо, е по-голяма от средната плътност на Земята. Учените предполагат, че в центъра на Земята плътността на веществото достига 11,5 g/cm 3, тоест тя се доближава до плътността на оловото.
Средната плътност на човешката телесна тъкан е 1036 kg/m3, плътността на кръвта (при T= 20 °C) - 1050 kg/m3.
Дървото има ниска плътност (2 пъти по-малко от корка) балса. От него се правят салове и спасителни пояси. В Куба расте дърво Ешиномена бодливокосместа, чиято дървесина има плътност 25 пъти по-малка от плътността на водата, т.е. ρ ≈ 0,04 g/cm 3 . Много висока плътност на дървесината змийско дърво. Едно дърво потъва във водата като камък.
И накрая, легендата за Архимед.
Още по време на живота на известния древногръцки учен Архимед за него се създават легенди, причината за които са неговите изобретения, които удивиха съвременниците му. Една от легендите разказва, че сиракузкият цар Херон II помолил мислителя да определи дали короната му е от чисто злато или бижутерът е смесил значително количество сребро в нея. Разбира се, короната трябваше да остане непокътната. За Архимед не беше трудно да определи масата на короната. Много по-трудно беше точното измерване на обема на короната, за да се изчисли плътността на метала, от който е излята и да се определи дали е чисто злато. Трудността беше, че беше грешната форма!
Един ден Архимед, погълнат от мисли за короната, се къпе във вана, където му хрумва гениална идея. Обемът на короната може да се определи чрез измерване на обема на водата, изместена от нея (вие сте запознати с този метод за измерване на обема на тяло неправилна форма). След като определи обема на короната и нейната маса, Архимед изчисли плътността на веществото, от което бижутерът направи короната.
Както гласи легендата, плътността на веществото на короната се оказала по-малка от плътността на чистото злато и нечестният бижутер бил хванат в измама.
Изучаването на плътността на веществата започва в курса по физика гимназия. Тази концепция се счита за основна в по-нататъшното представяне на основите на молекулярно-кинетичната теория в курсовете по физика и химия. Целта на изучаването на структурата на материята и методите на изследване може да приеме образуването научни идеиза света.
Физиката дава първоначални представи за единна картина на света. 7 клас изучава плътността на материята въз основа на най-простите идеи за методите на изследване, практическо приложениефизически понятия и формули.
Физически методи на изследване
Както е известно, сред методите за изследване на природните явления се разграничават наблюдението и експериментът. Провеждайте наблюдения на природен феноменпреподавал в начално училище: извършвайте прости измервания, като често водите „Природен календар“. Тези форми на обучение могат да доведат детето до необходимостта да изучава света, да сравнява наблюдаваните явления и да идентифицира причинно-следствените връзки.
Но само един напълно проведен експеримент ще даде на младия изследовател инструментите за разкриване на тайните на природата. Развитието на експериментални и изследователски умения се извършва върху практически упражненияи по време на лабораторна работа.
Провеждането на експеримент в курса по физика започва с дефиниции на такива физически величини като дължина, площ, обем. В този случай се установява връзка между математическите (доста абстрактни за дете) и физическите знания. Обръщането към опита на детето и разглеждането на факти, които са му отдавна известни от научна гледна точка, допринася за формирането на необходимата компетентност у него. Целта на обучението в този случай е желанието за самостоятелно разбиране на нови неща.
Проучване на плътността
В съответствие с проблемния метод на обучение, в началото на урока можете да зададете добре познатата гатанка: „Какво е по-тежко: килограм пух или килограм чугун?“ Разбира се, 11-12 годишните могат лесно да отговорят на въпроса, който знаят. Но обръщайки се към същността на проблема, способността да се разкрие неговата особеност, води до понятието плътност.
Плътността на веществото е масата на единица обем. Таблицата, която обикновено се дава в учебници или справочни публикации, ви позволява да оцените разликите между веществата, както и агрегатните състояния на дадено вещество. Индикация за разликата в физични свойстватвърди вещества, течности и газове, обсъдени по-рано, обяснението на тази разлика не е само в структурата и относителна позициячастици, но и в математически изразхарактеристики на материята, извежда изучаването на физиката на различно ниво.
Затвърдете знанията за физически смисълКонцепцията, която се изучава, се предоставя от таблица на плътността на веществата. Дете, отговаряйки на въпроса: „Какво означава плътността на определено вещество?“, Разбира, че това е масата на 1 cm 3 (или 1 m 3) от веществото.
Въпросът за единиците за плътност може да бъде повдигнат още на този етап. Необходимо е да се обмислят начини за преобразуване на мерни единици в различни системиобратно броене. Това дава възможност да се отървете от статичното мислене и да приемете други системи за изчисление по други въпроси.
Определяне на плътността
Естествено, изучаването на физиката не може да бъде пълно без решаване на проблеми. На този етап се въвеждат формули за изчисление. по физика в 7 клас това е може би първата физична връзка на величини за децата. Обръща се специално внимание не само поради изучаването на понятията за плътност, но и поради факта на преподаване на методи за решаване на проблеми.
На този етап се залага алгоритъм за решаване на физически изчислителен проблем, идеология за прилагане на основни формули, определения и закони. Учителят се опитва да научи анализа на проблема, метода за търсене на неизвестното и особеностите на използването на мерни единици, като използва такава връзка като формулата за плътност във физиката.
Пример за решаване на проблем
Пример 1
Определете от какво вещество е направен куб с маса 540 g и обем 0,2 dm 3.
ρ -? m = 540 g, V = 0,2 dm 3 = 200 cm 3
Анализ
Въз основа на въпроса за проблема разбираме, че таблица с плътности на твърди вещества ще ни помогне да определим материала, от който е направен кубът.
Следователно ние определяме плътността на веществото. В таблиците тази стойност е дадена в g/cm3, така че обемът от dm3 се преобразува в cm3.
Решение
По дефиниция: ρ = m: V.
Дадени са ни: обем, маса. Плътността на веществото може да се изчисли:
ρ = 540 g: 200 cm 3 = 2,7 g/cm 3, което съответства на алуминий.
Отговор: Кубът е изработен от алуминий.
Определяне на други количества
Използването на формулата за изчисляване на плътността ви позволява да определите други физически величини. Масата, обемът, линейните размери на телата, свързани с обема, се изчисляват лесно в задачи. знание математически формулиопределяне на площ и обем геометрични формисе използва в задачи, което дава възможност да се обясни необходимостта от изучаване на математика.
Пример 2
Определете дебелината на медния слой, с който е покрит детайл с повърхност 500 cm 2, ако е известно, че за покритието са използвани 5 g мед.
з - ? S = 500 cm 2, m = 5 g, ρ = 8,92 g/cm 3.
Анализ
Таблицата за плътност на веществото ви позволява да определите плътността на медта.
Нека използваме формулата за изчисляване на плътността. Тази формула съдържа обема на веществото, от който могат да се определят линейните размери.
Решение
По дефиниция: ρ = m: V, но тази формула не съдържа желаната стойност, така че използваме:
Замествайки в основната формула, получаваме: ρ = m: Sh, от което:
Нека изчислим: h = 5 g: (500 cm 2 x 8,92 g/cm 3) = 0,0011 cm = 11 микрона.
Отговор: дебелината на медния слой е 11 микрона.
Експериментално определяне на плътността
Експерименталната природа на физическата наука се демонстрира чрез лабораторни експерименти. На този етап се придобиват умения за провеждане на експерименти и обяснение на резултатите от тях.
Практическата задача за определяне на плътността на дадено вещество включва:
- Определяне на плътността на течността. На този етап децата, които преди това са използвали градуиран цилиндър, могат лесно да определят плътността на течността, използвайки формулата.
- Определяне на плътността на веществото твърдоправилна форма. Тази задача също не е под съмнение, тъй като вече са разглеждани подобни изчислителни проблеми и е натрупан опит в измерването на обеми въз основа на линейните размери на телата.
- Определяне на плътността на твърдо тяло с неправилна форма. При изпълнението на тази задача използваме метода за определяне на обема на тяло с неправилна форма с помощта на чаша. Струва си да си припомним още веднъж характеристиките на този метод: способността на твърдото вещество да измества течност, чийто обем е равен на обема на тялото. След това проблемът се решава по стандартния начин.
Разширени задачи
Можете да усложните задачата, като помолите децата да идентифицират веществото, от което е направено тялото. Таблицата на плътността на веществата, използвана в този случай, ни позволява да обърнем внимание на необходимостта от възможност за работа с референтна информация.
При решаване на експериментални задачи от студентите се изискват необходимите знания в областта на използването и преобразуването на мерните единици. Често това е причината най-голямото числогрешки и пропуски. Може би трябва да се отдели повече време на този етап от изучаването на физика; той ви позволява да сравнявате знанията и изследователския опит.
Обемна плътност
Изследването на чисто вещество, разбира се, е интересно, но колко често се срещаме чисти вещества? В ежедневието се сблъскваме със смеси и сплави. Как да бъдем в този случай? Концепцията за насипна плътност няма да позволи на учениците да правят типична грешкаи използвайте средни плътности на веществата.
Изключително необходимо е да се изясни този въпрос, за да се даде възможност да се види и усети разликата между плътността на веществото и обемната плътност си струва ранни стадии. Разбирането на тази разлика е необходимо при по-нататъшното изучаване на физиката.
Тази разлика е изключително интересна в случай на позволяване на дете да изучава обемната плътност в зависимост от уплътняването на материала и размера на отделните частици (чакъл, пясък и др.) по време на първоначалните изследователски дейности.
Относителна плътност на веществата
Сравняването на свойствата на различни вещества е доста интересно въз основа на относителната плътност на веществото - едно от тези количества.
Обикновено относителната плътност на веществото се определя по отношение на дестилирана вода. Като съотношение на плътността на дадено вещество към плътността на стандарта, тази стойност се определя с помощта на пикнометър. Но в училищен курсВ природните науки тази информация не се използва, тя е интересна за задълбочено изучаване (най-често по избор).
Олимпиадното ниво на изучаване на физика и химия може също да засяга концепцията за „относителна плътност на вещество по отношение на водорода“. Обикновено се прилага за газове. За да се определи относителната плътност на газ, не е изключено да се намери съотношението на моларната маса на изследвания газ към употребата.
Фигура 1. Таблица на плътностите на някои вещества. Author24 - онлайн обмен на студентски работи
Всички тела в света около нас имат различни размери и обеми. Но дори и при еднакви обемни данни, масата на веществата ще се различава значително. Във физиката това явление се нарича плътност на материята.
Плътността е основно физическо понятие, което дава представа за характеристиките на всяко известно вещество.
Определение 1
Плътност на веществото – физическо количество, което показва масата на определено вещество на единица обем.
Единиците за обем по отношение на плътността на дадено вещество обикновено са кубичен метър или кубичен сантиметър. Определянето на плътността на веществото се извършва с помощта на специално оборудване и инструменти.
За да се определи плътността на дадено вещество, е необходимо масата на тялото му да се раздели на собствения му обем. При изчисляване на плътността на веществото се използват следните стойности:
телесно тегло ($m$); обем на тялото ($V$); телесна плътност ($ρ$)
Бележка 1
$ρ$ е буква от гръцката азбука "rho" и не трябва да се бърка с подобно обозначение за натиск - $p$ ("peh").
Формула за плътност на веществото
Плътността на дадено вещество се изчислява с помощта на системата за измерване SI. В него единиците за плътност се изразяват в килограми на кубичен метър или грамове на кубичен сантиметър. Можете също да използвате всяка система за измерване.
Едно вещество има различни степени на плътност, ако е в различни агрегатни състояния. С други думи, плътността на веществото в твърдо състояние ще бъде различна от плътността на същото вещество в течно или газообразно състояние. Например водата има плътност в нормалното си течно състояние от 1000 килограма на кубичен метър. В замръзнало състояние водата (ледът) вече ще има плътност от 900 килограма на кубичен метър. Водните пари при нормално атмосферно налягане и температура, близка до нула градуса, ще имат плътност от 590 килограма на кубичен метър.
Стандартната формула за плътността на веществото е следната:
Освен стандартната формула, която се използва само за твърди вещества, има формула за газ при нормални условия:
$ρ = M / Vm$, където:
- $M$ е моларната маса на газа,
- $Vm$ е моларният обем на газа.
Има два вида твърди вещества:
- порест;
- насипно състояние.
Бележка 2
Техен физически характеристикипряко влияят върху плътността на веществото.
Плътност на еднородни тела
Определение 2
Плътността на еднородните тела е отношението на масата на тялото към неговия обем.
Концепцията за плътност на вещество включва определението за плътност на хомогенно и равномерно разпределено тяло с разнородна структура, което се състои от това вещество. Това е постоянна стойност и за по-добро разбиране на информацията се формират специални таблици, в които са събрани всички често срещани вещества. Стойностите за всяко вещество са разделени на три компонента:
- плътност на тяло в твърдо състояние;
- плътност на тяло в течно състояние;
- плътност на тяло в газообразно състояние.
Водата е доста хомогенно вещество. Някои вещества не са толкова хомогенни, така че за тях се определя средната плътност на тялото. За да се изведе тази стойност, е необходимо да се знае резултатът ρ на веществото за всеки компонент поотделно. Насипните и порести тела имат истинска плътност. Определя се без да се вземат предвид кухините в структурата му. Специфичното тегло може да се изчисли чрез разделяне на масата на веществото на целия обем, който заема.
Подобни стойности са свързани една с друга чрез коефициента на порьозност. Той представлява съотношението на обема на кухините към общия обем на тялото, което в този моментсе разследва.
Плътността на веществата зависи от много допълнителни фактори. Редица от тях едновременно повишават тази стойност за едни вещества и я намаляват за други. При ниски температури плътността на веществото се увеличава. Някои вещества могат да реагират на промените в температурата по различен начин. В този случай е обичайно да се каже, че плътността се държи аномално в определен температурен диапазон. Такива вещества често включват бронз, вода, чугун и някои други сплави. Плътността на водата е най-голяма при 4 градуса по Целзий. При по-нататъшно нагряване или охлаждане този индикатор също може да се промени значително.
Метаморфозите с плътността на водата се случват при прехода от едно агрегатно състояние към друго. Индикаторът ρ променя стойностите си в тези случаи рязко. Прогресивно се увеличава при прехода към течност от газообразно състояние, както и в момента на кристализация на течността.
Има много изключителни случаи. Например, силицийът има ниски стойности на плътност, когато е втвърден.
Измерване на плътността на материята
За ефективно измерване на плътността на дадено вещество обикновено се използва специално оборудване. Състои се от:
- везни;
- измервателен уред под формата на владетел;
- мерителна колба.
Ако изследваното вещество е в твърдо състояние, тогава като измервателно устройство се използва мярка под формата на сантиметър. Ако тестваното вещество е в течност агрегатно състояние, тогава за измервания се използва мерителна колба.
Първо, трябва да измерите обема на тялото си с помощта на сантиметър или мерителна колба. Изследователят наблюдава измервателната скала и записва получения резултат. Ако се изследва дървена греда с форма на куб, тогава плътността ще бъде равна на стойността на страната, повдигната на трета степен. При изследване на течност е необходимо допълнително да се вземе предвид масата на съда, с който се извършват измерванията. Получените стойности трябва да бъдат заменени в универсалната формула за плътността на веществото и да се изчисли индикаторът.
За газове изчисляването на индикатора е много трудно, тъй като е необходимо да се използват различни измервателни уреди.
Обикновено хидрометърът се използва за изчисляване на плътността на веществата. Предназначен е за получаване на резултати от течности. Истинската плътност се изследва с помощта на пикнометър. Почвите се изследват със сеялки на Качински и Зайделман.
