KRYSTALL FYSIKK

FYSISKE EGENSKAPER TIL KRYSTALER

Tetthet

Tetthet er en fysisk mengde bestemt for et homogent stoff av massen av dets enhetsvolum. For et inhomogent stoff beregnes tettheten ved et bestemt punkt som grensen for forholdet mellom en kropps masse (m) og volum (V) når volumet trekker seg sammen til det punktet. Den gjennomsnittlige tettheten til et inhomogent stoff er forholdet m/V.

Tettheten til et stoff avhenger av massen atomer, som den består av, og på pakkingstettheten til atomer og molekyler i stoffet. Jo større masse av atomer, jo større tetthet.

Men hvis vi vurderer det samme stoffet i forskjellige aggregattilstander, vil vi se at dens tetthet vil være forskjellig!

Et fast stoff er en tilstand av aggregering av materie, preget av stabiliteten til formen og arten av den termiske bevegelsen til atomer, som lager små vibrasjoner rundt likevektsposisjoner. Krystaller er preget av romlig periodisitet i arrangementet av likevektsposisjoner til atomer. I amorfe legemer vibrerer atomer rundt tilfeldig plasserte punkter. I følge klassiske konsepter er en stabil tilstand (med et minimum av potensiell potensiell energi) til et fast legeme en krystallinsk tilstand. Et amorft legeme er i en metastabil tilstand og må over i en krystallinsk tilstand over tid, men krystalliseringstiden er ofte så lang at metastabiliteten ikke viser seg i det hele tatt.

Atomer er sterkt bundet til hverandre og veldig tettpakket. Derfor har et stoff i fast tilstand den høyeste tettheten.

Den flytende tilstanden er en av materiens aggregerte tilstander. Hovedegenskapen til en væske, som skiller den fra andre aggregeringstilstander, er evnen til å endre formen på ubestemt tid under påvirkning av mekaniske påkjenninger, selv vilkårlig små, samtidig som volumet praktisk talt opprettholdes.

Den flytende tilstanden regnes vanligvis som mellomliggende mellom det faste og gass: en gass beholder verken volum eller form, men et fast stoff beholder begge deler.

Formen på flytende legemer kan helt eller delvis bestemmes av at overflaten deres oppfører seg som en elastisk membran. Så vann kan samle seg i dråper. Men væsken er i stand til å strømme selv under dens ubevegelige overflate, og dette betyr også ikke-konservering av formen (av de indre delene av væskelegemet).

Pakningstettheten til atomer og molekyler er fortsatt høy, så tettheten til et stoff i flytende tilstand er ikke veldig forskjellig fra fast tilstand.

Gass er en tilstand av aggregering av et stoff, karakterisert ved svært svake bindinger mellom dets bestanddeler (molekyler, atomer eller ioner), samt deres høye mobilitet. Gasspartikler beveger seg nesten fritt og kaotisk i intervallene mellom kollisjoner, hvor det er en skarp endring i arten av deres bevegelse.

Den gassformige tilstanden til et stoff under forhold der eksistensen av en stabil flytende eller fast fase av samme stoff vanligvis kalles damp.

I likhet med væsker er gasser flytende og motstår deformasjon. I motsetning til væsker har ikke gasser et fast volum og danner ikke en fri overflate, men har en tendens til å fylle hele det tilgjengelige volumet (for eksempel et kar).

Gasstilstanden er den vanligste materietilstanden i universet (interstellar materie, stjernetåker, stjerner, planetariske atmosfærer osv.). De kjemiske egenskapene til gasser og deres blandinger er svært forskjellige - fra lavaktive inerte gasser til eksplosive gassblandinger. Gasser inkluderer noen ganger ikke bare systemer av atomer og molekyler, men også systemer av andre partikler - fotoner, elektroner, Brownske partikler, så vel som plasma.

Molekylene til en væske har ikke en bestemt posisjon, men samtidig har de ikke fullstendig bevegelsesfrihet. Det er en tiltrekning mellom dem, sterk nok til å holde dem tett.

Molekyler har et veldig svakt bånd til hverandre og beveger seg bort fra hverandre over lang avstand. Pakningstettheten er svært lav, henholdsvis stoffet i gassform

har lav tetthet.

2. Typer av tetthet og måleenheter

Tettheten måles i kg/m³ i SI-systemet og i g/cm³ i CGS-systemet, resten (g/ml, kg/l, 1 t/ M3) er derivater.

For løse og porøse kropper er det:

Ekte tetthet, bestemt uten å ta hensyn til tomrom

Tilsynelatende tetthet, beregnet som forholdet mellom massen til et stoff og det totale volumet det opptar

3. Tetthetsformel

Tetthet er funnet ved formelen:

Derfor viser den numeriske verdien av tettheten til et stoff massen per volumenhet av dette stoffet. For eksempel tettheten støpejern 7 kg/dm3. Dette betyr at 1 dm3 støpejern har en masse på 7 kg. Tettheten av ferskvann er 1 kg/l. Derfor er massen av 1 liter vann 1 kg.

For å beregne tettheten av gasser, kan du bruke formelen:

hvor M er gassens molare masse, Vm er molvolumet (under normale forhold er det 22,4 l / mol).

4. Avhengighet av tetthet på temperatur

Som regel, når temperaturen synker, øker tettheten, selv om det er stoffer hvis tetthet oppfører seg annerledes, for eksempel vann, bronse og støpejern. Dermed har tettheten av vann en maksimal verdi ved 4 °C og avtar både med en økning og en nedgang i temperaturen.

Når aggregeringstilstanden endres, endres tettheten til et stoff brått: tettheten øker under overgangen fra gassform til flytende tilstand og når en væske størkner. Riktignok er vann et unntak fra denne regelen, dens tetthet avtar under størkning.

For ulike naturobjekter varierer tettheten i et meget bredt område. Det intergalaktiske mediet har den laveste tettheten (ρ ~ 10-33 kg/m³). Tettheten til det interstellare mediet er omtrent 10-21 kg/M3. Den gjennomsnittlige tettheten til solen er omtrent 1,5 ganger den for vann, som er 1000 kg/M3, og den gjennomsnittlige tettheten til jorden er 5520 kg/M3. Osmium har den høyeste tettheten blant metaller (22 500 kg/M3), og tettheten til nøytronstjerner er i størrelsesorden 1017÷1018 kg/M3.

5. Tettheter av enkelte gasser

- Tetthet av gasser og damper (0° С, 101325 Pa), kg/m³

Oksygen 1,429

Ammoniakk 0,771

Krypton 3.743

Argon 1.784

Xenon 5.851

Hydrogen 0,090

Metan 0,717

Vanndamp (100°C) 0,598

Luft 1.293

Karbondioksid 1,977

Helium 0,178

Etylen 1,260

- Tetthet av enkelte tresorter

Tetthet av tre, g/cm³

Balsa 0,15

Sibirgran 0,39

Sequoia eviggrønn 0,41

Hestekastanje 0,56

Spiselig kastanje 0,59

Sypress 0,60

Fuglekirsebær 0,61

Hassel 0,63

Valnøtt 0,64

Bjørk 0,65

Alm glatt 0,66

Lerk 0,66

Åkerlønn 0,67

Teak 0,67

Sviteniya (Mahogni) 0,70

Platan 0,70

Joster (torn) 0,71

Syrin 0,80

Hagtorn 0,80

Pecan (cariya) 0,83

Sandeltre 0,90

Buksbom 0,96

Persimmon ebony 1.08

Quebracho 1.21

Gueyakum, eller backout 1.28

- Tetthetmetaller(ved 20°C) t/M3

Aluminium 2,6889

Tungsten 19.35

Grafitt 1.9 - 2.3

Jern 7.874

Gull 19.32

Kalium 0,862

Kalsium 1,55

Kobolt 8,90

Litium 0,534

Magnesium 1,738

Kobber 8.96

Natrium 0,971

Nikkel 8,91

Tinn(hvit) 7,29

Platina 21.45

Plutonium 19.25

Lede 11.336

Sølv 10,50

Titan 4.505

Cesium 1.873

Zirkonium 6,45

- Tetthet av legeringer (ved 20°C)) t/M3

Bronse 7,5 - 9,1

Wood's Alloy 9.7

Duralumin 2,6 - 2,9

Constantan 8,88

Messing 8,2 - 8,8

Nichrome 8.4

Platina iridium 21,62

Stål 7,7 - 7,9

Rustfritt stål (gjennomsnitt) 7,9 - 8,2

karakterer 08X18H10T, 10X18H10T 7.9

karakterer 10X17H13M2T, 10X17H13M3T 8

karakterer 06KhN28MT, 06KhN28MDT 7,95

karakterer 08X22H6T, 12X21H5T 7.6

Støpejern hvit 7,6 - 7,8

Støpejern grå 7,0 - 7,2

I mange bransjer, så vel som i bygg og anlegg og landbruk, brukes begrepet «materialtetthet». Dette er en beregnet verdi, som er forholdet mellom massen til et stoff og volumet det opptar. Når du kjenner til en slik parameter, for eksempel for betong, kan byggherrer beregne den nødvendige mengden av den når de helles i forskjellige armerte betongkonstruksjoner: byggeklosser, tak, monolittiske vegger, søyler, beskyttende sarkofager, bassenger, porter og andre gjenstander.

Hvordan bestemme tettheten

Det er viktig å merke seg at når man skal bestemme tettheten til byggematerialer, kan man bruke spesielle referansetabeller, der disse verdiene er gitt for ulike stoffer. Det er også utviklet beregningsmetoder og algoritmer som gjør det mulig å innhente slike data i praksis dersom det ikke er tilgang på referansemateriale.

Tettheten bestemmes fra:

• flytende legemer med en hydrometerenhet (for eksempel den velkjente prosessen med å måle parametrene til elektrolytten til et bilbatteri);
• faste og flytende stoffer ved hjelp av en formel med kjente startdata for masse og volum.

Alle uavhengige beregninger vil selvfølgelig ha unøyaktigheter, fordi det er vanskelig å pålitelig bestemme volumet hvis kroppen har en uregelmessig form.

Usikkerheter i tetthetsmålinger

• Feilen er systematisk. Det vises konstant eller kan endres i henhold til en viss lov i prosessen med flere målinger av samme parameter. Det er assosiert med feilen på instrumentskalaen, lav følsomhet til enheten eller graden av nøyaktighet til beregningsformlene. Så, for eksempel, ved å bestemme kroppsvekt ved å bruke vekter og ignorere effekten av oppdrift, er dataene omtrentlige.
• Feilen er tilfeldig. Det er forårsaket av innkommende årsaker og har en annen effekt på påliteligheten til dataene som bestemmes. Endringer i omgivelsestemperatur, atmosfærisk trykk, vibrasjoner i rommet, usynlig stråling og luftvibrasjoner - alt dette gjenspeiles i målingene. Det er helt umulig å unngå slik påvirkning.

• Feil i avrundingsverdier. Ved innhenting av mellomdata ved beregning av formler har tall ofte mange signifikante sifre etter desimaltegn. Behovet for å begrense antallet av disse tegnene innebærer at det vises en feil. Denne unøyaktigheten kan delvis reduseres ved å legge igjen i mellomberegningene flere størrelsesordener mer enn det endelige resultatet krever.
• Uaktsomhetsfeil (feil) oppstår på grunn av feilberegninger, feil inkludering av målegrenser eller enheten som helhet, uleselighet av kontrollposter. Dataene innhentet på denne måten kan avvike kraftig fra lignende beregninger. Derfor bør de slettes og arbeidet gjøres på nytt.

Ekte tetthetsmåling

Med tanke på tettheten til byggematerialet, må du ta hensyn til dens sanne indikator. Det vil si når strukturen til stoffet i et volumenhet ikke inneholder skjell, tomrom og fremmede inneslutninger. I praksis er det ingen absolutt ensartethet når for eksempel betong helles i en form. For å bestemme dens virkelige styrke, som direkte avhenger av materialets tetthet, utføres følgende operasjoner:

• Strukturen utsettes for sliping til en tilstand av pulver. På dette stadiet, bli kvitt porene.
• Tørk ved en temperatur på over 100 grader, den gjenværende fuktigheten fjernes fra prøven.
• Avkjøl til romtemperatur og passer gjennom en fin sikt med en maskestørrelse på 0,20 x 0,20 mm, noe som gir jevnhet til pulveret.
• Den resulterende prøven veies på en elektronisk vekt med høy presisjon. Volumet beregnes i en volumetrisk måler ved nedsenking i en væskestruktur og måling av den fortrengte væsken (pyknometrisk analyse).

Beregningen utføres i henhold til formelen:

hvor m er massen til prøven i g;

V er verdien av volumet i cm 3.

Tetthetsmåling i kg/m 3 er ofte aktuelt.

Gjennomsnittlig materialtetthet

For å bestemme hvordan byggematerialer oppfører seg under reelle driftsforhold under påvirkning av fuktighet, positive og negative temperaturer, mekaniske belastninger, må du bruke gjennomsnittlig tetthet. Det karakteriserer den fysiske tilstanden til materialer.

Hvis den sanne tettheten er en konstant verdi og bare avhenger av den kjemiske sammensetningen og strukturen til krystallgitteret til stoffet, bestemmes den gjennomsnittlige tettheten av porøsiteten til strukturen. Det er forholdet mellom massen av materiale i en homogen tilstand og volumet av plass okkupert under naturlige forhold.

Den gjennomsnittlige tettheten gir ingeniøren en ide om den mekaniske styrken, graden av fuktighetsabsorpsjon, termisk ledningsevne og andre viktige faktorer som brukes i konstruksjonen av elementer.

Konseptet med massetetthet

Introdusert for analyse av bulk byggematerialer (sand, grus, ekspandert leire, etc.). Indikatoren er viktig for å beregne kostnadseffektiv bruk av enkelte komponenter i bygningsblandingen. Den viser forholdet mellom massen til et stoff og volumet det opptar i en tilstand av løs struktur.

For eksempel, hvis det granulære materialet og den gjennomsnittlige korntettheten er kjent, er det lett å bestemme tomromsparameteren. Ved fremstilling av betong er det mer hensiktsmessig å bruke et fyllstoff (grus, pukk, sand), som har en lavere porøsitet av tørrstoffet, siden basissementmaterialet vil bli brukt til å fylle det, noe som vil øke kostnadene .

Tetthetsverdier for enkelte materialer

Hvis vi tar de beregnede dataene til noen tabeller, så i dem:

• materialer, som inneholder oksider av kalsium, silisium og aluminium, varierer fra 2400 til 3100 kg per m 3.
• Treslag med en base av cellulose - 1550 kg per m 3.
• Organiske stoffer (karbon, oksygen, hydrogen) - 800-1400 kg per m 3.
• Metaller: stål - 7850, aluminium - 2700, bly - 11300 kg per m 3.

Med moderne er materialtetthetsindikatoren viktig med tanke på styrken til bærende konstruksjoner. Alle varmeisolerende og fuktsikre funksjoner utføres av materialer med lav tetthet med lukket porestruktur.

Tetthet kalles vanligvis en slik fysisk størrelse som bestemmer forholdet mellom massen til en gjenstand, et stoff eller en væske og volumet de opptar i rommet. La oss snakke om hva tetthet er, hvordan tettheten til en kropp og materie er forskjellig, og hvordan (ved å bruke hvilken formel) for å finne tetthet i fysikk.

Typer av tetthet

Det bør presiseres at tettheten kan deles inn i flere typer.

Avhengig av objektet som studeres:

• Tettheten til en kropp - for homogene kropper - er det direkte forholdet mellom kroppens masse og dets volum okkupert i rommet.
• Tettheten til et stoff er tettheten til legemer som består av dette stoffet. Tettheten av stoffer er konstant. Det er spesielle tabeller hvor tettheten til forskjellige stoffer er angitt. For eksempel er tettheten til aluminium 2,7 * 103 kg / m 3. Når vi kjenner tettheten til aluminium og massen til kroppen som er laget av den, kan vi beregne volumet til denne kroppen. Eller, når vi vet at kroppen består av aluminium og vet volumet til denne kroppen, kan vi enkelt beregne massen. Hvordan finne disse verdiene, vil vi vurdere litt senere, når vi utleder en formel for å beregne tettheten.
• Hvis kroppen består av flere stoffer, er det nødvendig å beregne tettheten til delene for hvert stoff separat for å bestemme dens tetthet. Denne tettheten kalles kroppens gjennomsnittlige tetthet.

Avhengig av porøsiteten til stoffet som kroppen består av:

• Ekte tetthet er tettheten som beregnes uten å ta hensyn til hulrommene i kroppen.
• Egenvekt - eller tilsynelatende tetthet - er den som beregnes under hensyntagen til hulrommene i en kropp som består av et porøst eller sprøtt stoff.

Så hvordan finner du tetthet?

Tetthetsformel

Formelen for å finne tettheten til en kropp er som følger:

• p = m / V, der p er tettheten til stoffet, m er massen til kroppen, V er volumet til kroppen i rommet.

Hvis vi beregner tettheten til en bestemt gass, vil formelen se slik ut:

• p \u003d M / V m p er tettheten til gassen, M er den molare massen til gassen, V m er det molare volumet, som under normale forhold er 22,4 l / mol.

Eksempel: massen til et stoff er 15 kg, det opptar 5 liter. Hva er tettheten av materie?

Løsning: Bytt inn verdiene i formelen

• p = 15 / 5 = 3 (kg/l)

Svar: tettheten til stoffet er 3 kg / l

Tetthetsenheter

I tillegg til å vite hvordan man finner tettheten til en kropp og et stoff, er det også nødvendig å kjenne enhetene for tetthetsmåling.

• For faste stoffer - kg / m 3, g / cm 3
• For væsker - 1 g / l eller 10 3 kg / m 3
• For gasser - 1 g / l eller 10 3 kg / m 3

Du kan lese mer om tetthetsenheter i vår artikkel.

Hvordan finne tetthet hjemme

For å finne tettheten til en kropp eller et stoff hjemme, trenger du:

1. Vekter;
2. centimeter hvis kroppen er solid;
3. Fartøy, hvis du vil måle tettheten til en væske.

For å finne tettheten til en kropp hjemme, må du måle volumet med en centimeter eller kar, og deretter legge kroppen på vekten. Hvis du måler tettheten til en væske, ikke glem å trekke fra massen til karet du helte væsken i før du beregner. Det er mye vanskeligere å beregne tettheten av gasser hjemme, vi anbefaler å bruke ferdige tabeller der tettheten til forskjellige gasser allerede er angitt.

Figur 1. Tabell over tettheter av noen stoffer. Author24 - nettbasert utveksling av studentoppgaver

Alle kropper i verden rundt oss har forskjellige størrelser og volum. Men selv med de samme volumetriske dataene vil massen av stoffer variere betydelig. I fysikk kalles dette fenomenet materiens tetthet.

Tetthet er et grunnleggende fysisk konsept som gir en ide om egenskapene til et kjent stoff.

Definisjon 1

Tettheten til et stoff er en fysisk mengde som viser massen til et bestemt stoff per volumenhet.

Volumenhetene når det gjelder tettheten til et stoff er vanligvis en kubikkmeter eller en kubikkcentimeter. Bestemmelse av tettheten til et stoff utføres med spesialutstyr og instrumenter.

For å bestemme tettheten til et stoff, er det nødvendig å dele massen med sitt eget volum. Når man beregner tettheten til et stoff, brukes følgende mengder:

kroppsvekt ($m$); kroppsvolum ($V$); kroppstetthet ($ρ$)

Merknad 1

$ρ$ er bokstaven i det greske alfabetet "ro" og må ikke forveksles med det lignende symbolet for trykk - $p$ ("pe").

Formel for materietetthet

Beregningen av tettheten til et stoff skjer ved bruk av SI-målesystemet. I den er tetthetsenheter uttrykt i kilogram per kubikkmeter eller gram per kubikkcentimeter. Du kan også bruke et hvilket som helst målesystem.

Et stoff har forskjellige grader av tetthet hvis det er i forskjellige aggregeringstilstander. Med andre ord vil tettheten til et stoff i fast tilstand være forskjellig fra tettheten til det samme stoffet i flytende eller gassform. For eksempel har vann en tetthet i normal flytende tilstand på 1000 kilo per kubikkmeter. I frossen tilstand vil vann (is) allerede ha en tetthet på 900 kilo per kubikkmeter. Vanndamp ved normalt atmosfærisk trykk og temperatur nær null grader vil ha en tetthet på 590 kilo per kubikkmeter.

Standardformelen for tettheten til et stoff er som følger:

I tillegg til standardformelen, som kun brukes for faste stoffer, er det en formel for gass under normale forhold:

$ρ = M / Vm$, hvor:

• $M$ - molar masse av gass,
• $Vm$ - molar volum av gass.

Det er to typer faste stoffer:

• porøs;
• løs.

Merknad 2

Deres fysiske egenskaper påvirker direkte tettheten til stoffet.

Tetthet av homogene legemer

Definisjon 2

Tettheten til homogene kropper er forholdet mellom massen til et legeme og dets volum.

Definisjonen av tettheten til et homogent og jevnt fordelt legeme med en inhomogen struktur, som består av dette stoffet, er inkludert i begrepet tettheten til et stoff. Dette er en konstant verdi, og for en bedre forståelse av informasjonen dannes det spesielle tabeller, hvor alle vanlige stoffer er samlet. Verdiene for hvert stoff er delt inn i tre komponenter:

• faststofftetthet;
• tettheten til kroppen i flytende tilstand;
• tettheten til et legeme i gassform.

Vann er et ganske homogent stoff. Noen stoffer er ikke så homogene, derfor bestemmes den gjennomsnittlige tettheten av kroppen for dem. For å utlede denne verdien, er det nødvendig å vite resultatet av ρ av stoffet for hver komponent separat. Løse og porøse kropper har ekte tetthet. Det bestemmes uten å ta hensyn til tomrom i strukturen. Egenvekt kan beregnes ved å dele massen til et stoff med det totale volumet det opptar.

Lignende verdier er forbundet med porøsitetskoeffisienten. Den representerer forholdet mellom volumet av tomrom og det totale volumet av kroppen som nå undersøkes.

Tettheten av stoffer avhenger av mange tilleggsfaktorer. En rekke av dem øker samtidig denne verdien for noen stoffer, og senker den for resten. Ved lave temperaturer øker tettheten til et stoff. Noen stoffer er i stand til å reagere på temperaturendringer på forskjellige måter. I dette tilfellet er det vanlig å si at tettheten ved et visst temperaturområde oppfører seg unormalt. Slike stoffer inkluderer ofte bronse, vann, støpejern og noen andre legeringer. Vanntettheten er høyest ved 4 grader Celsius. Med ytterligere oppvarming eller kjøling kan denne indikatoren også endre seg betydelig.

Metamorfoser med vanntettheten oppstår under overgangen fra en aggregeringstilstand til en annen. Indeksen ρ endrer i disse tilfellene sine verdier brått. Den øker gradvis ved overgang til en væske fra en gassformig tilstand, så vel som i øyeblikket av flytende krystallisering.

Det er, og mange, unntakstilfeller. For eksempel har silisium små tetthetsverdier under størkning.

Måling av tettheten til et stoff

For å effektivt måle tettheten til et stoff, brukes vanligvis spesialutstyr. Det består av:

• vekter;
• måleenhet i form av en linjal;
• målekolbe.

Hvis teststoffet er i fast tilstand, brukes en måleanordning i form av en centimeter som måleanordning. Hvis teststoffet er i flytende aggregeringstilstand, brukes en målekolbe for målinger.

Først må du måle volumet av kroppen med en centimeter eller målekolbe. Forskeren observerer måleskalaen og registrerer resultatet. Hvis en trebjelke med kubisk form undersøkes, vil tettheten være lik verdien av siden hevet til tredje potens. Når du undersøker en væske, er det nødvendig å i tillegg ta hensyn til massen til fartøyet som målinger tas med. De oppnådde verdiene må erstattes med den universelle formelen for stoffets tetthet og indikatoren beregnet.

For gasser er beregningen av indikatoren veldig vanskelig, siden det er nødvendig å bruke forskjellige måleinstrumenter.

Vanligvis brukes et hydrometer for å beregne tettheten av stoffer. Den er designet for å få resultater på væsker. Den sanne tettheten studeres ved hjelp av et pyknometer. Jordsmonn undersøkes ved hjelp av Kaczynski- og Seidelman-øvelser.

La oss sette jern- og aluminiumssylindre med samme volum på vekten (fig. 122). Balansen på vekten har blitt forstyrret. Hvorfor?

Ris. 122

I laboratoriearbeid målte du kroppsvekt ved å sammenligne vekten av kettlebells med kroppsvekt. Når vektene var i likevekt, var disse massene like. En ubalanse betyr at massene til kroppene ikke er de samme. Massen til en jernsylinder er større enn til en aluminiumsylinder. Men volumene på sylindrene er like. Dette betyr at en enhetsvolum (1 cm 3 eller 1 m 3) jern har større masse enn aluminium.

Massen til et stoff i en volumenhet kalles stoffets tetthet. For å finne tetthet må du dele massen til et stoff på volumet. Tetthet er betegnet med den greske bokstaven ρ (rho). Deretter

tetthet = masse/volum

ρ = m/V.

SI-enheten for tetthet er 1 kg/m 3. Tetthetene til ulike stoffer er bestemt eksperimentelt og er presentert i tabell 1. Figur 123 viser massene av stoffer kjent for deg i et volum V = 1 m 3.

Ris. 123

Tetthet av faste, flytende og gassformige stoffer
(ved normalt atmosfærisk trykk)

Hvordan forstå at tettheten av vann ρ \u003d 1000 kg / m 3? Svaret på dette spørsmålet følger av formelen. Massen av vann i et volum V \u003d 1 m 3 er lik m \u003d 1000 kg.

Fra tetthetsformelen, massen til et stoff

m = ρV.

Av to legemer med likt volum, har legemet med større tetthet av materie den største massen.

Ved å sammenligne tettheten av jern ρ w = 7800 kg / m 3 og aluminium ρ al = 2700 kg / m 3, forstår vi hvorfor massen til en jernsylinder i forsøket (se fig. 122) viste seg å være større enn massen av en aluminiumssylinder med samme volum.

Hvis kroppens volum måles i cm 3, er det praktisk å bruke tetthetsverdien ρ for å bestemme kroppens masse, uttrykt i g / cm 3.

Stofftetthetsformelen ρ = m/V brukes for homogene legemer, dvs. for legemer som består av ett stoff. Dette er kropper som ikke har lufthulrom eller ikke inneholder urenheter av andre stoffer. Renheten til stoffet bedømmes etter verdien av den målte tettheten. Er det for eksempel noe billig metall lagt inn i en gullbarre?

Tenk og svar

1. Hvordan ville balansen på balansen endret seg (se fig. 122) hvis det i stedet for en jernsylinder ble plassert en tresylinder med samme volum på koppen?
2. Hva er tetthet?
3. Avhenger tettheten til et stoff av volumet? Fra messen?
4. Hvilke enheter måles tetthet i?
5. Hvordan gå fra enheten for tetthet g/cm 3 til enheten for tetthet kg/m 3?

Interessant å vite!

Som regel har et stoff i fast tilstand større tetthet enn i flytende tilstand. Et unntak fra denne regelen er is og vann, bestående av H 2 O-molekyler.Tettheten av is er ρ = 900 kg / m 3, tettheten til vann? \u003d 1000 kg/m 3. Tettheten av is er mindre enn tettheten til vann, noe som indikerer en mindre tett pakking av molekyler (dvs. store avstander mellom dem) i fast tilstand av stoffet (is) enn i flytende tilstand (vann). I fremtiden vil du møte andre veldig interessante anomalier (abnormiteter) i egenskapene til vann.

Jordens gjennomsnittlige tetthet er omtrent 5,5 g/cm 3 . Dette og andre fakta kjent for vitenskapen gjorde det mulig å trekke noen konklusjoner om jordens struktur. Gjennomsnittlig tykkelse på jordskorpen er omtrent 33 km. Jordskorpen består hovedsakelig av jord og bergarter. Gjennomsnittlig tetthet av jordskorpen er 2,7 g / cm 3, og tettheten av bergarter som ligger rett under jordskorpen er 3,3 g / cm 3. Men begge disse verdiene er mindre enn 5,5 g/cm 3, det vil si mindre enn jordens gjennomsnittlige tetthet. Det følger av dette at tettheten av materie som ligger i dypet av kloden er større enn jordens gjennomsnittlige tetthet. Forskere antyder at i midten av jorden når tettheten av materie 11,5 g/cm 3, dvs. nærmer seg tettheten til bly.

Den gjennomsnittlige tettheten av menneskelig kroppsvev er 1036 kg / m 3, tettheten av blod (ved t = 20 ° C) er 1050 kg / m 3.

Balsa-tre har lav tetthet av tre (2 ganger mindre enn kork). Flåter, livbelter er laget av det. På Cuba vokser det et stikkende hår echinomena-tre, hvis tre har en tetthet som er 25 ganger mindre enn tettheten til vann, dvs. ρ = 0,04 g / cm 3. Slangetreet har en veldig høy tetthet av tre. Tre synker i vann som en stein.

Gjør det selv hjemme

Mål tettheten til såpen. For å gjøre dette, bruk et rektangulært såpestykke. Sammenlign tetthetsverdien du målte med verdiene oppnådd av klassekameratene dine. Er de oppnådde tetthetsverdiene like? Hvorfor?

Interessant å vite

Allerede i løpet av levetiden til den berømte antikke greske vitenskapsmannen Archimedes (fig. 124), ble det komponert legender om ham, grunnen til det var hans oppfinnelser som forbløffet hans samtidige. En av legendene sier at den syrakusiske kongen Heron II ba tenkeren om å finne ut om kronen hans var laget av rent gull eller om en gullsmed blandet en betydelig mengde sølv inn i den. Selvfølgelig burde kronen vært intakt. Det var ikke vanskelig for Arkimedes å bestemme kronens masse. Det var mye vanskeligere å måle volumet av kronen nøyaktig for å beregne tettheten til metallet den ble støpt av og avgjøre om det var rent gull. Vanskeligheten var at den hadde feil form!

Ris. 124

En gang tok Arkimedes, oppslukt av tanker om kronen, et bad, hvor han hadde en strålende idé. Volumet til en krone kan bestemmes ved å måle volumet av vann som fortrenges av den (du er kjent med denne metoden for å måle volumet til en uregelmessig formet kropp). Etter å ha bestemt volumet av kronen og dens masse, beregnet Archimedes tettheten til stoffet som gullsmeden laget kronen av.

I følge legenden viste tettheten til kronematerialet seg å være mindre enn tettheten til rent gull, og den uærlige gullsmeden ble tatt i juks.

Øvelser

1. Tettheten av kobber er ρ m = 8,9 g / cm 3, og tettheten til aluminium er ρ al = 2700 kg / m 3. Hvilket stoff er tettere og med hvor mye?
2. Bestem massen til en betongplate, hvis volum er V = 3,0 m 3.
3. Hvilket stoff er en kule med volum V = 10 cm 3 laget av, hvis massen er m = 71 g?
4. Bestem massen til en vindusrute hvis lengde a = 1,5 m, høyde b = 80 cm og tykkelse c = 5,0 mm.
5. Totalmassen N = 7 identiske plater av takjern m = 490 kg. Størrelsen på hvert ark er 1 x 1,5 m. Bestem tykkelsen på arket.
6. Stål- og aluminiumssylindre har samme tverrsnittsarealer og -masser. Hvilken av sylindrene har en større høyde og hvor mye?