FIZIK KRISTAL

SIFAT FIZIKAL KRISTAL

Ketumpatan

Ketumpatan ialah kuantiti fizik yang ditentukan untuk bahan homogen dengan jisim isipadu unitnya. Bagi bahan yang tidak homogen, ketumpatan pada titik tertentu dikira sebagai had nisbah jisim badan (m) kepada isipadunya (V) apabila isipadu menguncup ke titik itu. Ketumpatan purata bahan tidak homogen ialah nisbah m/V.

Ketumpatan sesuatu bahan bergantung kepada jisim atom, yang terdiri daripadanya, dan pada ketumpatan pembungkusan atom dan molekul dalam bahan itu. Semakin besar jisim atom, semakin besar ketumpatannya.

Tetapi, jika kita menganggap bahan yang sama dalam keadaan agregat yang berbeza, maka kita akan melihat bahawa ketumpatannya akan berbeza!

Pepejal ialah keadaan pengagregatan jirim, dicirikan oleh kestabilan bentuk dan sifat pergerakan haba atom, yang membuat getaran kecil di sekitar kedudukan keseimbangan. Kristal dicirikan oleh periodicity spatial dalam susunan kedudukan keseimbangan atom. Dalam jasad amorfus, atom bergetar di sekeliling titik yang terletak secara rawak. Menurut konsep klasik, keadaan stabil (dengan potensi tenaga potensi minimum) bagi jasad pepejal adalah keadaan kristal. Jasad amorfus berada dalam keadaan metastabil dan mesti melalui keadaan kristal dari semasa ke semasa, tetapi masa penghabluran selalunya terlalu lama sehingga kestabilan tidak nyata sama sekali.

Atom terikat kuat antara satu sama lain dan sangat padat. Oleh itu, bahan dalam keadaan pepejal mempunyai ketumpatan tertinggi.

Keadaan cecair adalah salah satu daripada keadaan agregat jirim. Sifat utama cecair, yang membezakannya daripada keadaan pengagregatan yang lain, adalah keupayaan untuk mengubah bentuknya selama-lamanya di bawah tindakan tegasan mekanikal, walaupun dengan sewenang-wenangnya kecil, sambil secara praktikal mengekalkan isipadu.

Keadaan cecair biasanya dianggap perantaraan antara pepejal dan gas: gas tidak mengekalkan isipadu mahupun bentuk, tetapi pepejal mengekalkan kedua-duanya.

Bentuk badan cecair boleh sepenuhnya atau sebahagiannya ditentukan oleh fakta bahawa permukaannya berkelakuan seperti membran elastik. Jadi, air boleh berkumpul dalam titisan. Tetapi cecair itu mampu mengalir walaupun di bawah permukaan tak alihnya, dan ini juga bermakna bukan pemuliharaan bentuk (bahagian dalaman badan cecair).

Ketumpatan pembungkusan atom dan molekul masih tinggi, jadi ketumpatan bahan dalam keadaan cecair tidak jauh berbeza dengan keadaan pepejal.

Gas ialah keadaan pengagregatan bahan, dicirikan oleh ikatan yang sangat lemah antara zarah konstituennya (molekul, atom atau ion), serta mobilitinya yang tinggi. Zarah gas bergerak hampir bebas dan huru-hara dalam selang antara perlanggaran, di mana terdapat perubahan mendadak dalam sifat pergerakannya.

Keadaan gas bahan di bawah keadaan di mana kewujudan cecair stabil atau fasa pepejal bahan yang sama biasanya dipanggil wap.

Seperti cecair, gas adalah cecair dan menentang ubah bentuk. Tidak seperti cecair, gas tidak mempunyai isipadu tetap dan tidak membentuk permukaan bebas, tetapi cenderung untuk mengisi keseluruhan isipadu yang ada (contohnya, kapal).

Keadaan gas ialah keadaan jirim yang paling biasa di Alam Semesta (jirim antara bintang, nebula, bintang, atmosfera planet, dll.). Sifat kimia gas dan campurannya sangat pelbagai - daripada gas lengai aktif rendah kepada campuran gas meletup. Gas kadangkala termasuk bukan sahaja sistem atom dan molekul, tetapi juga sistem zarah lain - foton, elektron, zarah Brownian, serta plasma.

Molekul cecair tidak mempunyai kedudukan yang pasti, tetapi pada masa yang sama mereka tidak mempunyai kebebasan pergerakan sepenuhnya. Terdapat tarikan antara mereka, cukup kuat untuk membuat mereka rapat.

Molekul mempunyai ikatan yang sangat lemah antara satu sama lain dan bergerak menjauhi satu sama lain untuk jarak yang jauh. Ketumpatan pembungkusan adalah sangat rendah, masing-masing, bahan dalam keadaan gas

mempunyai ketumpatan yang rendah.

2. Jenis ketumpatan dan unit ukuran

Ketumpatan diukur dalam kg/m³ dalam sistem SI dan dalam g/cm³ dalam sistem CGS, selebihnya (g/ml, kg/l, 1 t/ M3) ialah derivatif.

Untuk badan yang longgar dan berliang, terdapat:

Ketumpatan sebenar, ditentukan tanpa mengambil kira lompang

Ketumpatan ketara, dikira sebagai nisbah jisim bahan kepada jumlah isipadu yang didudukinya

3. Formula ketumpatan

Ketumpatan didapati dengan formula:

Oleh itu, nilai berangka ketumpatan bahan menunjukkan jisim per unit isipadu bahan ini. Sebagai contoh, kepadatan besi tuang 7 kg/dm3. Ini bermakna 1 dm3 besi tuang mempunyai jisim 7 kg. Ketumpatan air tawar ialah 1 kg/l. Oleh itu, jisim 1 liter air ialah 1 kg.

Untuk mengira ketumpatan gas, anda boleh menggunakan formula:

di mana M ialah jisim molar gas, Vm ialah isipadu molar (di bawah keadaan normal ialah 22.4 l / mol).

4. Kebergantungan ketumpatan pada suhu

Sebagai peraturan, apabila suhu menurun, ketumpatan meningkat, walaupun terdapat bahan yang ketumpatannya berkelakuan berbeza, seperti air, gangsa, dan besi tuang. Oleh itu, ketumpatan air mempunyai nilai maksimum pada 4 °C dan berkurangan kedua-duanya dengan peningkatan dan penurunan suhu.

Apabila keadaan pengagregatan berubah, ketumpatan bahan berubah secara mendadak: ketumpatan meningkat semasa peralihan daripada keadaan gas kepada keadaan cecair dan apabila cecair menjadi pejal. Benar, air adalah pengecualian kepada peraturan ini, ketumpatannya berkurangan semasa pemejalan.

Untuk pelbagai objek semula jadi, ketumpatan berbeza dalam julat yang sangat luas. Medium antara galaksi mempunyai ketumpatan terendah (ρ ~ 10-33 kg/m³). Ketumpatan medium antara bintang adalah kira-kira 10-21 kg/M3. Ketumpatan purata Matahari adalah kira-kira 1.5 kali ganda daripada air, iaitu 1000 kg/M3, dan ketumpatan purata Bumi ialah 5520 kg/M3. Osmium mempunyai ketumpatan tertinggi di antara logam (22,500 kg/M3), dan ketumpatan bintang neutron adalah pada urutan 1017÷1018 kg/M3.

5. Ketumpatan sesetengah gas

- Ketumpatan gas dan wap (0° С, 101325 Pa), kg/m³

Oksigen 1.429

Ammonia 0,771

Kripton 3,743

Argon 1.784

Xenon 5.851

Hidrogen 0,090

Metana 0,717

Wap air (100°C) 0.598

Udara 1.293

Karbon dioksida 1.977

Helium 0.178

Etilena 1.260

- Ketumpatan beberapa jenis kayu

Ketumpatan kayu, g/cm³

Balsa 0.15

Cemara Siberia 0.39

Sequoia malar hijau 0.41

Berangan kuda 0.56

Berangan yang boleh dimakan 0.59

Cypress 0.60

Ceri burung 0.61

Hazel 0.63

Walnut 0.64

Birch 0.65

Elm licin 0.66

Larch 0.66

Maple medan 0.67

Kayu jati 0.67

Sviteniya (Mahogani) 0.70

Platan 0.70

Joster (buckthorn) 0.71

Lilac 0.80

Hawthorn 0.80

Pecan (cariya) 0.83

Kayu cendana 0.90

Boxwood 0.96

Persimmon eboni 1.08

Quebracho 1.21

Gueyakum, atau backout 1.28

- Ketumpatanlogam(pada 20°C) t/M3

Aluminium 2.6889

Tungsten 19.35

Grafit 1.9 - 2.3

besi 7.874

emas 19.32

Kalium 0.862

Kalsium 1.55

Kobalt 8.90

Litium 0.534

Magnesium 1.738

Tembaga 8.96

Natrium 0.971

Nikel 8.91

timah(putih) 7.29

Platinum 21.45

Plutonium 19.25

memimpin 11.336

Perak 10.50

Titanium 4.505

Cesium 1.873

Zirkonium 6.45

- Ketumpatan aloi (pada 20°C)) t/M3

Gangsa 7.5 - 9.1

Aloi Kayu 9.7

Duralumin 2.6 - 2.9

Constantan 8.88

Loyang 8.2 - 8.8

Nichrome 8.4

Platinum iridium 21.62

Keluli 7.7 - 7.9

Keluli tahan karat (purata) 7.9 - 8.2

gred 08X18H10T, 10X18H10T 7.9

gred 10X17H13M2T, 10X17H13M3T 8

gred 06KhN28MT, 06KhN28MDT 7.95

gred 08X22H6T, 12X21H5T 7.6

Besi tuang putih 7.6 - 7.8

Kelabu besi tuang 7.0 - 7.2

Dalam banyak industri, serta dalam pembinaan dan pertanian, konsep "ketumpatan bahan" digunakan. Ini adalah nilai yang dikira, iaitu nisbah jisim bahan kepada isipadu yang didudukinya. Mengetahui parameter sedemikian, sebagai contoh, untuk konkrit, pembina boleh mengira jumlah yang diperlukan apabila menuangkan pelbagai struktur konkrit bertetulang: blok bangunan, siling, dinding monolitik, tiang, sarkofagus pelindung, kolam, pintu masuk dan objek lain.

Bagaimana untuk menentukan ketumpatan

Adalah penting untuk diperhatikan bahawa, apabila menentukan ketumpatan bahan binaan, anda boleh menggunakan jadual rujukan khas, di mana nilai-nilai ini diberikan untuk pelbagai bahan. Kaedah dan algoritma pengiraan juga telah dibangunkan yang membolehkan data tersebut diperoleh secara praktikal jika tiada akses kepada bahan rujukan.

Ketumpatan ditentukan daripada:

• badan cecair dengan peranti hidrometer (contohnya, proses yang terkenal untuk mengukur parameter elektrolit bateri kereta);
• bahan pepejal dan cecair menggunakan formula dengan data awal jisim dan isipadu yang diketahui.

Semua pengiraan bebas, tentu saja, akan mempunyai ketidaktepatan, kerana sukar untuk menentukan volum dengan pasti jika badan mempunyai bentuk yang tidak teratur.

Ketidakpastian dalam Pengukuran Ketumpatan

• Kesilapan adalah sistematik. Ia muncul secara berterusan atau boleh berubah mengikut undang-undang tertentu dalam proses beberapa ukuran parameter yang sama. Ia dikaitkan dengan ralat skala instrumen, kepekaan rendah peranti, atau tahap ketepatan formula pengiraan. Jadi, sebagai contoh, dengan menentukan berat badan menggunakan pemberat dan mengabaikan kesan keapungan, data adalah anggaran.
• Ralat adalah rawak. Ia disebabkan oleh sebab masuk dan mempunyai kesan berbeza terhadap kebolehpercayaan data yang ditentukan. Perubahan dalam suhu ambien, tekanan atmosfera, getaran di dalam bilik, sinaran tidak kelihatan dan getaran udara - semua ini dicerminkan dalam pengukuran. Adalah mustahil untuk mengelakkan pengaruh sedemikian.

• Ralat dalam pembundaran nilai. Apabila mendapatkan data perantaraan dalam pengiraan formula, nombor selalunya mempunyai banyak digit bererti selepas titik perpuluhan. Keperluan untuk mengehadkan bilangan aksara ini membayangkan kemunculan ralat. Ketidaktepatan ini boleh dikurangkan sebahagiannya dengan meninggalkan dalam pengiraan pertengahan beberapa urutan magnitud lebih daripada yang diperlukan oleh keputusan akhir.
• Ralat kecuaian (ketinggalan) timbul disebabkan pengiraan yang salah, kemasukan had pengukuran yang salah atau peranti secara keseluruhan, keterbacaan rekod kawalan. Data yang diperoleh dengan cara ini boleh berbeza dengan ketara daripada pengiraan yang serupa. Oleh itu, mereka harus dipadamkan dan kerja dilakukan semula.

Pengukuran Ketumpatan Sebenar

Memandangkan kepadatan bahan binaan, anda perlu mengambil kira penunjuk sebenar. Iaitu, apabila struktur bahan isipadu unit tidak mengandungi cengkerang, lompang dan kemasukan asing. Dalam amalan, tidak ada keseragaman mutlak apabila, sebagai contoh, konkrit dituangkan ke dalam acuan. Untuk menentukan kekuatan sebenar, yang secara langsung bergantung kepada ketumpatan bahan, operasi berikut dijalankan:

• Struktur tertakluk kepada pengisaran kepada keadaan serbuk. Pada peringkat ini, buang pori-pori.
• Keringkan pada suhu lebih 100 darjah, kelembapan yang tinggal dikeluarkan daripada sampel.
• Sejukkan ke suhu bilik dan lalui penapis halus dengan saiz mata 0.20 x 0.20 mm, memberikan keseragaman kepada serbuk.
• Sampel yang terhasil ditimbang pada neraca elektronik berketepatan tinggi. Isipadu dikira dalam meter isipadu dengan rendaman dalam struktur cecair dan pengukuran cecair yang disesarkan (analisis piknometrik).

Pengiraan dilakukan mengikut formula:

di mana m ialah jisim sampel dalam g;

V ialah nilai isipadu dalam cm 3.

Pengukuran ketumpatan dalam kg/m 3 selalunya boleh digunakan.

Ketumpatan bahan purata

Untuk menentukan bagaimana bahan binaan berkelakuan dalam keadaan operasi sebenar di bawah pengaruh kelembapan, suhu positif dan negatif, beban mekanikal, anda perlu menggunakan ketumpatan purata. Ia mencirikan keadaan fizikal bahan.

Jika ketumpatan sebenar adalah nilai malar dan hanya bergantung pada komposisi kimia dan struktur kekisi kristal bahan, maka ketumpatan purata ditentukan oleh keliangan struktur. Ia adalah nisbah jisim bahan dalam keadaan homogen kepada isipadu ruang yang diduduki dalam keadaan semula jadi.

Ketumpatan purata memberi jurutera idea tentang kekuatan mekanikal, tahap penyerapan lembapan, kekonduksian terma dan faktor penting lain yang digunakan dalam pembinaan unsur.

Konsep ketumpatan pukal

Diperkenalkan untuk analisis bahan binaan pukal (pasir, kerikil, tanah liat berkembang, dll.). Penunjuk adalah penting untuk mengira penggunaan kos efektif komponen tertentu campuran bangunan. Ia menunjukkan nisbah jisim bahan kepada isipadu yang didudukinya dalam keadaan struktur longgar.

Sebagai contoh, jika bahan berbutir dan ketumpatan butiran purata diketahui, maka mudah untuk menentukan parameter lompang. Dalam pembuatan konkrit, adalah lebih sesuai untuk menggunakan pengisi (kerikil, batu hancur, pasir), yang mempunyai keliangan bahan kering yang lebih rendah, kerana bahan simen asas akan digunakan untuk mengisinya, yang akan meningkatkan kos. .

Nilai ketumpatan sesetengah bahan

Jika kita mengambil data yang dikira beberapa jadual, maka di dalamnya:

• bahan, yang mengandungi oksida kalsium, silikon dan aluminium, berbeza dari 2400 hingga 3100 kg setiap m 3.
• Spesies pokok dengan asas selulosa - 1550 kg setiap m 3.
• Organik (karbon, oksigen, hidrogen) - 800-1400 kg setiap m 3.
• Logam: keluli - 7850, aluminium - 2700, plumbum - 11300 kg setiap m 3.

Dengan teknologi pembinaan bangunan moden, penunjuk ketumpatan bahan adalah penting dari sudut pandangan kekuatan struktur menanggung beban. Semua fungsi penebat haba dan kalis lembapan dilakukan oleh bahan berketumpatan rendah dengan struktur liang tertutup.

Ketumpatan biasanya dipanggil kuantiti fizik yang menentukan nisbah jisim objek, bahan atau cecair kepada isipadu yang mereka duduki di angkasa. Mari kita bincangkan tentang apa itu ketumpatan, bagaimana ketumpatan jasad dan jirim berbeza, dan bagaimana (menggunakan formula apa) untuk mencari ketumpatan dalam fizik.

Jenis ketumpatan

Perlu dijelaskan bahawa ketumpatan boleh dibahagikan kepada beberapa jenis.

Bergantung pada objek yang dikaji:

• Ketumpatan jasad - untuk jasad homogen - ialah nisbah langsung jisim jasad kepada isipadu yang diduduki di angkasa.
• Ketumpatan bahan ialah ketumpatan jasad yang terdiri daripada bahan ini. Ketumpatan bahan adalah malar. Terdapat jadual khas di mana ketumpatan bahan yang berbeza ditunjukkan. Sebagai contoh, ketumpatan aluminium ialah 2.7 * 103 kg / m 3. Mengetahui ketumpatan aluminium dan jisim badan yang diperbuat daripadanya, kita boleh mengira isipadu badan ini. Atau, mengetahui bahawa badan itu terdiri daripada aluminium dan mengetahui isipadu badan ini, kita boleh mengira jisimnya dengan mudah. Bagaimana untuk mencari nilai-nilai ini, kita akan mempertimbangkan sedikit kemudian, apabila kita memperoleh formula untuk mengira ketumpatan.
• Sekiranya badan terdiri daripada beberapa bahan, maka untuk menentukan ketumpatannya, adalah perlu untuk mengira ketumpatan bahagiannya untuk setiap bahan secara berasingan. Ketumpatan ini dipanggil ketumpatan purata badan.

Bergantung pada keliangan bahan yang terdiri daripada badan:

• Ketumpatan sebenar ialah ketumpatan yang dikira tanpa mengambil kira lompang dalam badan.
• Graviti tentu - atau ketumpatan ketara - ialah yang dikira dengan mengambil kira lompang badan yang terdiri daripada bahan berliang atau rapuh.

Jadi bagaimana anda mencari ketumpatan?

Formula Ketumpatan

Formula untuk membantu mencari ketumpatan badan adalah seperti berikut:

• p = m / V, di mana p ialah ketumpatan bahan, m ialah jisim jasad, V ialah isipadu jasad dalam ruang.

Jika kita mengira ketumpatan gas tertentu, maka formulanya akan kelihatan seperti ini:

• p \u003d M / V m p ialah ketumpatan gas, M ialah jisim molar gas, V m ialah isipadu molar, yang dalam keadaan normal ialah 22.4 l / mol.

Contoh: jisim bahan ialah 15 kg, ia menduduki 5 liter. Apakah ketumpatan jirim?

Penyelesaian: Gantikan nilai ke dalam formula

• p = 15 / 5 = 3 (kg/l)

Jawapan: ketumpatan bahan ialah 3 kg / l

Unit ketumpatan

Selain mengetahui cara mencari ketumpatan jasad dan bahan, ia juga perlu mengetahui unit ukuran ketumpatan.

• Untuk pepejal - kg / m 3, g / cm 3
• Untuk cecair - 1 g / l atau 10 3 kg / m 3
• Untuk gas - 1 g / l atau 10 3 kg / m 3

Anda boleh membaca lebih lanjut mengenai unit ketumpatan dalam artikel kami.

Bagaimana untuk mencari kepadatan di rumah

Untuk mencari ketumpatan badan atau bahan di rumah, anda memerlukan:

1. Penimbang;
2. sentimeter jika badan pepejal;
3. Kapal, jika anda ingin mengukur ketumpatan cecair.

Untuk mencari ketumpatan badan di rumah, anda perlu mengukur jumlahnya dengan sentimeter atau kapal, dan kemudian meletakkan badan pada skala. Jika anda mengukur ketumpatan cecair, jangan lupa untuk menolak jisim bekas yang anda tuangkan cecair sebelum mengira. Adalah lebih sukar untuk mengira ketumpatan gas di rumah, kami mengesyorkan menggunakan jadual siap sedia di mana ketumpatan pelbagai gas telah ditunjukkan.

Rajah 1. Jadual ketumpatan beberapa bahan. Pengarang24 - pertukaran kertas pelajar dalam talian

Semua badan di dunia di sekeliling kita mempunyai saiz dan isipadu yang berbeza. Tetapi walaupun dengan data isipadu yang sama, jisim bahan akan berbeza dengan ketara. Dalam fizik, fenomena ini dipanggil ketumpatan jirim.

Ketumpatan adalah konsep fizikal asas yang memberikan gambaran tentang ciri-ciri bahan yang diketahui.

Definisi 1

Ketumpatan bahan ialah kuantiti fizik yang menunjukkan jisim bahan tertentu per unit isipadu.

Unit isipadu dari segi ketumpatan bahan biasanya adalah meter padu atau sentimeter padu. Penentuan ketumpatan bahan dilakukan dengan peralatan dan instrumen khas.

Untuk menentukan ketumpatan bahan, adalah perlu untuk membahagikan jisimnya dengan isipadunya sendiri. Apabila mengira ketumpatan bahan, kuantiti berikut digunakan:

berat badan ($m$); isipadu badan ($V$); ketumpatan badan ($ρ$)

Catatan 1

$ρ$ ialah huruf abjad Yunani "ro" dan tidak boleh dikelirukan dengan simbol yang serupa untuk tekanan - $p$ ("pe").

Formula Ketumpatan Jirim

Pengiraan ketumpatan bahan berlaku dengan penggunaan sistem ukuran SI. Di dalamnya, unit ketumpatan dinyatakan dalam kilogram per meter padu atau gram per sentimeter padu. Anda juga boleh menggunakan mana-mana sistem pengukuran.

Suatu bahan mempunyai darjah ketumpatan yang berbeza jika ia berada dalam keadaan pengagregatan yang berbeza. Dengan kata lain, ketumpatan bahan dalam keadaan pepejal akan berbeza daripada ketumpatan bahan yang sama dalam keadaan cecair atau gas. Sebagai contoh, air mempunyai ketumpatan dalam keadaan cecair biasa iaitu 1,000 kilogram per meter padu. Dalam keadaan beku, air (ais) sudah pun mempunyai ketumpatan 900 kilogram per meter padu. Wap air pada tekanan atmosfera biasa dan suhu hampir sifar darjah akan mempunyai ketumpatan 590 kilogram per meter padu.

Formula piawai untuk ketumpatan bahan adalah seperti berikut:

Sebagai tambahan kepada formula standard, yang hanya digunakan untuk pepejal, terdapat formula untuk gas dalam keadaan normal:

$ρ = M / Vm$, di mana:

• $M$ - jisim molar gas,
• $Vm$ - isipadu molar gas.

Terdapat dua jenis pepejal:

• berliang;
• longgar.

Catatan 2

Ciri fizikal mereka secara langsung mempengaruhi ketumpatan bahan.

Ketumpatan badan homogen

Definisi 2

Ketumpatan jasad homogen ialah nisbah jisim jasad kepada isipadunya.

Takrifan ketumpatan badan homogen dan teragih seragam dengan struktur tidak homogen, yang terdiri daripada bahan ini, termasuk dalam konsep ketumpatan bahan. Ini adalah nilai yang tetap, dan untuk pemahaman yang lebih baik tentang maklumat, jadual khas dibentuk, di mana semua bahan biasa dikumpulkan. Nilai untuk setiap bahan dibahagikan kepada tiga komponen:

• ketumpatan keadaan pepejal;
• ketumpatan badan dalam keadaan cecair;
• ketumpatan jasad dalam keadaan gas.

Air adalah bahan yang agak homogen. Sesetengah bahan tidak begitu homogen, oleh itu, ketumpatan purata badan ditentukan untuk mereka. Untuk mendapatkan nilai ini, adalah perlu untuk mengetahui hasil ρ bahan untuk setiap komponen secara berasingan. Badan longgar dan berliang mempunyai ketumpatan sebenar. Ia ditentukan tanpa mengambil kira lompang dalam strukturnya. Graviti tentu boleh dikira dengan membahagikan jisim bahan dengan jumlah isipadu yang didudukinya.

Nilai yang sama disambungkan oleh pekali keliangan. Ia mewakili nisbah isipadu lompang kepada jumlah isipadu badan yang sedang diperiksa.

Ketumpatan bahan bergantung kepada banyak faktor tambahan. Sebilangan daripada mereka secara serentak meningkatkan nilai ini untuk beberapa bahan, dan menurunkannya untuk yang lain. Pada suhu rendah, ketumpatan bahan meningkat. Sesetengah bahan boleh bertindak balas terhadap perubahan suhu dengan cara yang berbeza. Dalam kes ini, adalah kebiasaan untuk mengatakan bahawa ketumpatan pada julat suhu tertentu berkelakuan secara anomali. Bahan tersebut selalunya termasuk gangsa, air, besi tuang dan beberapa aloi lain. Ketumpatan air paling tinggi pada 4 darjah Celsius. Dengan pemanasan atau penyejukan selanjutnya, penunjuk ini juga boleh berubah dengan ketara.

Metamorfosis dengan ketumpatan air berlaku semasa peralihan dari satu keadaan pengagregatan ke keadaan yang lain. Indeks ρ dalam kes ini mengubah nilainya secara tiba-tiba. Ia meningkat secara beransur-ansur apabila peralihan kepada cecair daripada keadaan gas, dan juga pada saat penghabluran cecair.

Terdapat, dan banyak, kes yang luar biasa. Sebagai contoh, silikon mempunyai nilai ketumpatan kecil semasa pemejalan.

Mengukur ketumpatan sesuatu bahan

Untuk mengukur ketumpatan bahan dengan berkesan, peralatan khas biasanya digunakan. Ia terdiri daripada:

• penimbang;
• alat pengukur dalam bentuk pembaris;
• kelalang penyukat.

Sekiranya bahan ujian berada dalam keadaan pepejal, maka alat pengukur dalam bentuk sentimeter digunakan sebagai alat pengukur. Jika bahan ujian berada dalam keadaan cair terkumpul, maka kelalang volumetrik digunakan untuk pengukuran.

Mula-mula anda perlu mengukur isipadu badan dengan sentimeter atau kelalang volumetrik. Pengkaji memerhati skala pengukuran dan merekodkan hasilnya. Jika rasuk kayu berbentuk padu sedang diperiksa, maka ketumpatan akan sama dengan nilai sisi yang dinaikkan kepada kuasa ketiga. Apabila memeriksa cecair, perlu juga mengambil kira jisim kapal yang mana pengukuran diambil. Nilai yang diperolehi mesti digantikan ke dalam formula universal untuk ketumpatan bahan dan penunjuk dikira.

Untuk gas, pengiraan penunjuk adalah sangat sukar, kerana perlu menggunakan pelbagai alat pengukur.

Biasanya, hidrometer digunakan untuk mengira ketumpatan bahan. Ia direka untuk mendapatkan hasil pada cecair. Ketumpatan sebenar dikaji menggunakan piknometer. Tanah diperiksa dengan bantuan gerudi Kaczynski dan Seidelman.

Mari letakkan silinder besi dan aluminium dengan isipadu yang sama pada penimbang (Gamb. 122). Imbangan penimbang telah terganggu. kenapa?

nasi. 122

Dalam kerja makmal, anda mengukur berat badan dengan membandingkan berat kettlebell dengan berat badan. Apabila pemberat berada dalam keseimbangan, jisim ini adalah sama. Ketidakseimbangan bermakna jisim badan tidak sama. Jisim silinder besi lebih besar daripada jisim silinder aluminium. Tetapi isipadu silinder adalah sama. Ini bermakna satu unit isipadu (1 cm 3 atau 1 m 3) besi mempunyai jisim yang lebih besar daripada aluminium.

Jisim bahan yang terkandung dalam unit isipadu dipanggil ketumpatan bahan. Untuk mencari ketumpatan, anda perlu membahagikan jisim bahan dengan isipadunya. Ketumpatan dilambangkan dengan huruf Yunani ρ (rho). Kemudian

ketumpatan = jisim/isipadu

ρ = m/V.

Unit ketumpatan SI ialah 1 kg/m 3. Ketumpatan pelbagai bahan telah ditentukan secara eksperimen dan dibentangkan dalam Jadual 1. Rajah 123 menunjukkan jisim bahan yang anda ketahui dalam isipadu V = 1 m 3.

nasi. 123

Ketumpatan bahan pepejal, cecair dan gas
(pada tekanan atmosfera biasa)

Bagaimana untuk memahami bahawa ketumpatan air ρ \u003d 1000 kg / m 3? Jawapan kepada soalan ini mengikut formula. Jisim air dalam isipadu V \u003d 1 m 3 adalah sama dengan m \u003d 1000 kg.

Daripada formula ketumpatan, jisim bahan

m = ρV.

Daripada dua jasad yang sama isipadu, jasad dengan ketumpatan jirim yang lebih besar mempunyai jisim yang lebih besar.

Membandingkan ketumpatan besi ρ w = 7800 kg / m 3 dan aluminium ρ al = 2700 kg / m 3, kita faham mengapa dalam eksperimen (lihat Rajah 122) jisim silinder besi ternyata lebih besar daripada jisim daripada silinder aluminium dengan isipadu yang sama.

Jika isipadu badan diukur dalam cm 3, maka untuk menentukan jisim badan adalah mudah untuk menggunakan nilai ketumpatan ρ, dinyatakan dalam g / cm 3.

Formula ketumpatan bahan ρ = m/V digunakan untuk jasad homogen, iaitu, untuk jasad yang terdiri daripada satu bahan. Ini adalah badan yang tidak mempunyai rongga udara atau tidak mengandungi kekotoran bahan lain. Ketulenan bahan dinilai dengan nilai ketumpatan yang diukur. Adakah terdapat, sebagai contoh, beberapa logam murah ditambah di dalam bar emas?

Fikir dan jawab

1. Bagaimanakah baki baki akan berubah (lihat Rajah 122) jika, bukannya silinder besi, silinder kayu dengan isipadu yang sama diletakkan pada cawan?
2. Apakah ketumpatan?
3. Adakah ketumpatan sesuatu bahan bergantung kepada isipadunya? Dari jisim?
4. Dalam unit apa ketumpatan diukur?
5. Bagaimana hendak pergi dari unit ketumpatan g/cm 3 kepada unit ketumpatan kg/m 3?

Menarik untuk diketahui!

Sebagai peraturan, bahan dalam keadaan pepejal mempunyai ketumpatan yang lebih besar daripada dalam keadaan cair. Pengecualian kepada peraturan ini ialah ais dan air, yang terdiri daripada molekul H 2 O. Ketumpatan ais ialah ρ = 900 kg / m 3, ketumpatan air? \u003d 1000 kg / m 3. Ketumpatan ais adalah kurang daripada ketumpatan air, yang menunjukkan pembungkusan molekul yang kurang tumpat (iaitu, jarak yang jauh antara mereka) dalam keadaan pepejal jirim (ais) berbanding dalam keadaan cecair (air). Pada masa hadapan, anda akan bertemu dengan anomali lain (keabnormalan) yang sangat menarik dalam sifat air.

Purata ketumpatan Bumi adalah lebih kurang 5.5 g/cm 3 . Fakta ini dan fakta lain yang diketahui sains memungkinkan untuk membuat beberapa kesimpulan tentang struktur Bumi. Ketebalan purata kerak bumi adalah kira-kira 33 km. Kerak bumi terutamanya terdiri daripada tanah dan batu. Ketumpatan purata kerak bumi ialah 2.7 g / cm 3, dan ketumpatan batuan yang terletak tepat di bawah kerak bumi ialah 3.3 g / cm 3. Tetapi kedua-dua nilai ini kurang daripada 5.5 g/cm 3 , iaitu kurang daripada ketumpatan purata Bumi. Ia berikutan daripada ini bahawa ketumpatan jirim yang terletak di kedalaman dunia adalah lebih besar daripada ketumpatan purata Bumi. Para saintis mencadangkan bahawa di tengah-tengah Bumi ketumpatan jirim mencapai 11.5 g/cm 3 , iaitu menghampiri ketumpatan plumbum.

Ketumpatan purata tisu badan manusia ialah 1036 kg / m 3, ketumpatan darah (pada t = 20 ° C) ialah 1050 kg / m 3.

Kayu balsa mempunyai ketumpatan kayu yang rendah (2 kali ganda kurang daripada gabus). Rakit, tali pinggang penyelamat dibuat daripadanya. Di Cuba, pokok echinomena berambut berduri tumbuh, kayu yang mempunyai ketumpatan 25 kali lebih kecil daripada ketumpatan air, iaitu ρ = 0.04 g / cm 3. Pokok ular mempunyai kepadatan kayu yang sangat tinggi. Kayu tenggelam dalam air seperti batu.

Buat sendiri di rumah

Ukur ketumpatan sabun. Untuk melakukan ini, gunakan bar sabun segi empat tepat. Bandingkan nilai ketumpatan yang anda ukur dengan nilai yang diperolehi oleh rakan sekelas anda. Adakah nilai ketumpatan yang diperolehi sama? kenapa?

Menarik untuk diketahui

Sudah semasa hayat saintis Yunani kuno yang terkenal Archimedes (Rajah 124), legenda telah disusun tentang dia, sebabnya adalah ciptaannya yang mengagumkan orang sezamannya. Salah satu legenda mengatakan bahawa raja Syracusan Heron II meminta pemikir untuk menentukan sama ada mahkotanya diperbuat daripada emas tulen atau tukang emas mencampurkan sejumlah besar perak ke dalamnya. Sudah tentu, mahkota itu sepatutnya kekal utuh. Tidak sukar bagi Archimedes untuk menentukan jisim mahkota itu. Adalah lebih sukar untuk mengukur isipadu mahkota dengan tepat untuk mengira ketumpatan logam dari mana ia dibuang dan menentukan sama ada ia adalah emas tulen. Kesukarannya ialah ia mempunyai bentuk yang salah!

nasi. 124

Suatu ketika Archimedes, asyik memikirkan mahkota, sedang mandi, di mana dia mempunyai idea yang bernas. Isipadu mahkota boleh ditentukan dengan menyukat isipadu air yang disesarkan olehnya (anda biasa dengan kaedah mengukur isipadu badan yang tidak sekata). Setelah menentukan isipadu mahkota dan jisimnya, Archimedes mengira ketumpatan bahan dari mana tukang emas itu membuat mahkota.

Menurut legenda, ketumpatan bahan mahkota ternyata kurang daripada ketumpatan emas tulen, dan tukang emas yang tidak jujur ​​ditangkap menipu.

Senaman

1. Ketumpatan kuprum ialah ρ m = 8.9 g / cm 3, dan ketumpatan aluminium ialah ρ al = 2700 kg / m 3. Bahan manakah yang lebih tumpat dan berapa banyak?
2. Tentukan jisim papak konkrit, yang isipadunya ialah V = 3.0 m 3.
3. Daripada bahan apakah sebiji bola isipadu V = 10 cm 3 dibuat, jika jisimnya ialah m = 71 g?
4. Tentukan jisim anak tetingkap yang panjangnya a = 1.5 m, tinggi b = 80 cm dan ketebalan c = 5.0 mm.
5. Jumlah jisim N = 7 kepingan besi bumbung yang sama m = 490 kg. Saiz setiap helaian ialah 1 x 1.5 m. Tentukan ketebalan helaian.
6. Silinder keluli dan aluminium mempunyai luas dan jisim keratan rentas yang sama. Antara silinder yang manakah mempunyai ketinggian yang lebih besar dan berapa banyak?