Mật độ của cơ thể là gì. Khối lượng và mật độ

VẬT LÝ TINH THỂ

TÍNH CHẤT VẬT LÍ CỦA TINH THỂ

Tỉ trọng

Mật độ là một đại lượng vật lý được xác định cho một chất đồng nhất bằng khối lượng của đơn vị thể tích của nó. Đối với một chất không đồng nhất, mật độ tại một điểm nhất định được tính bằng giới hạn tỷ lệ giữa khối lượng của vật thể (m) với thể tích của nó (V) khi thể tích co lại tại điểm đó. Khối lượng riêng trung bình của một chất không đồng nhất là tỷ số m/V.

Mật độ của một chất phụ thuộc vào khối lượng nguyên tử, trong đó nó bao gồm, và vào mật độ đóng gói của các nguyên tử và phân tử trong chất. Khối lượng nguyên tử càng lớn thì mật độ càng lớn.

Nhưng, nếu chúng ta xem xét cùng một chất ở các trạng thái tập hợp khác nhau, thì chúng ta sẽ thấy rằng mật độ của nó sẽ khác nhau!

Chất rắn là trạng thái tập hợp của vật chất, được đặc trưng bởi tính bền vững về hình thái và tính chất chuyển động nhiệt của các nguyên tử làm dao động nhỏ xung quanh vị trí cân bằng. Tinh thể được đặc trưng bởi tính tuần hoàn không gian trong sự sắp xếp vị trí cân bằng của các nguyên tử. Trong các vật thể vô định hình, các nguyên tử dao động xung quanh các điểm có vị trí ngẫu nhiên. Theo các quan niệm cổ điển, trạng thái bền (có thế năng nhỏ nhất) của vật rắn là vật kết tinh. Một vật thể vô định hình ở trạng thái siêu bền và phải chuyển sang trạng thái kết tinh theo thời gian, nhưng thời gian kết tinh thường quá lâu nên tính siêu bền hoàn toàn không thể hiện.

Các nguyên tử được liên kết chặt chẽ với nhau và được đóng gói rất dày đặc. Do đó, một chất ở trạng thái rắn có mật độ cao nhất.

Trạng thái lỏng là một trong những trạng thái tổng hợp của vật chất. Tính chất chính của chất lỏng, giúp phân biệt nó với các trạng thái kết tụ khác, là khả năng thay đổi hình dạng của nó vô thời hạn dưới tác động của các ứng suất cơ học, thậm chí nhỏ tùy ý, trong khi thực tế vẫn duy trì thể tích.

Trạng thái lỏng thường được coi là trung gian giữa rắn và khí ga: một chất khí không giữ lại thể tích cũng như hình dạng, nhưng chất rắn giữ lại cả hai.

Hình dạng của các chất lỏng có thể được xác định toàn bộ hoặc một phần bởi thực tế là bề mặt của chúng hoạt động giống như một màng đàn hồi. Vì vậy, nước có thể thu thập trong giọt. Nhưng chất lỏng có khả năng chảy ngay cả dưới bề mặt bất động của nó, và điều này cũng có nghĩa là không bảo toàn dạng (của các bộ phận bên trong cơ thể chất lỏng).

Mật độ đóng gói của các nguyên tử và phân tử vẫn còn cao, do đó mật độ của một chất ở trạng thái lỏng không khác lắm so với trạng thái rắn.

Khí là trạng thái kết tụ của một chất, được đặc trưng bởi các liên kết rất yếu giữa các hạt cấu thành của nó (phân tử, nguyên tử hoặc ion), cũng như tính linh động cao của chúng. Các hạt khí chuyển động gần như tự do và hỗn loạn trong khoảng thời gian giữa các lần va chạm, trong thời gian đó có sự thay đổi rõ rệt về bản chất chuyển động của chúng.

Trạng thái khí của một chất trong điều kiện tồn tại pha lỏng hoặc pha rắn ổn định của cùng một chất thường được gọi là hơi.

Giống như chất lỏng, khí là chất lỏng và chống biến dạng. Không giống như chất lỏng, chất khí không có thể tích cố định và không tạo thành bề mặt tự do mà có xu hướng lấp đầy toàn bộ thể tích có sẵn (ví dụ: bình).

Trạng thái khí là trạng thái phổ biến nhất của vật chất trong Vũ trụ (vật chất giữa các vì sao, tinh vân, sao, khí quyển hành tinh, v.v.). Tính chất hóa học của khí và hỗn hợp của chúng rất đa dạng - từ khí trơ hoạt tính thấp đến hỗn hợp khí nổ. Các chất khí đôi khi không chỉ bao gồm các hệ thống nguyên tử và phân tử, mà còn bao gồm các hệ thống các hạt khác - photon, electron, hạt Brown, cũng như plasma.

Các phân tử của chất lỏng không có một vị trí nhất định, nhưng đồng thời chúng không hoàn toàn tự do chuyển động. Có một sức hút giữa họ, đủ mạnh để giữ họ lại gần nhau.

Các phân tử có liên kết rất yếu với nhau và di chuyển ra xa nhau trong một khoảng cách dài. Mật độ đóng gói tương ứng là rất thấp, chất ở trạng thái khí

có mật độ thấp.

2. Các loại tỷ trọng và đơn vị đo

Tỷ trọng được đo bằng kg/m³ trong hệ SI và bằng g/cm³ trong hệ CGS, phần còn lại (g/ml, kg/l, 1 t/ M3) là đạo hàm.

Đối với vật thể xốp, xốp có:

Mật độ thực, được xác định mà không tính đến khoảng trống

Mật độ rõ ràng, được tính bằng tỷ lệ khối lượng của một chất với tổng thể tích mà nó chiếm

3. Công thức tỷ trọng

Mật độ được tìm thấy theo công thức:

Do đó, giá trị số của mật độ của một chất cho thấy khối lượng trên một đơn vị thể tích của chất này. Ví dụ, mật độ gang thép 7kg/dm3. Điều này có nghĩa là 1 dm3 gang có khối lượng 7 kg. Khối lượng riêng của nước ngọt là 1 kg/l. Vậy khối lượng của 1 lít nước là 1 kg.

Để tính mật độ khí, bạn có thể sử dụng công thức:

trong đó M là khối lượng mol của khí, Vm là thể tích mol (ở điều kiện thường là 22,4 l/mol).

4. Sự phụ thuộc của khối lượng riêng vào nhiệt độ

Theo quy luật, khi nhiệt độ giảm, mật độ tăng, mặc dù có những chất mà mật độ của chúng hoạt động khác nhau, chẳng hạn như nước, đồng và gang. Do đó, mật độ của nước có giá trị tối đa ở 4 ° C và giảm cả khi tăng và giảm nhiệt độ.

Khi trạng thái tập hợp thay đổi, khối lượng riêng của một chất thay đổi đột ngột: khối lượng riêng tăng trong quá trình chuyển từ trạng thái khí sang trạng thái lỏng và khi chất lỏng đông đặc. Đúng, nước là một ngoại lệ đối với quy tắc này, mật độ của nó giảm trong quá trình hóa rắn.

Đối với các đối tượng tự nhiên khác nhau, mật độ thay đổi trong một phạm vi rất rộng. Môi trường giữa các thiên hà có mật độ thấp nhất (ρ ~ 10-33 kg/m³). Mật độ của môi trường giữa các vì sao là khoảng 10-21 kg/M3. Mật độ trung bình của Mặt trời gấp khoảng 1,5 lần so với nước, là 1000 kg/M3 và mật độ trung bình của Trái đất là 5520 kg/M3. Osmium có mật độ cao nhất trong số các kim loại (22.500 kg/M3), và mật độ của sao neutron vào khoảng 1017÷1018 kg/M3.

5. Khối lượng riêng của một số chất khí

- Mật độ khí và hơi (0° С, 101325 Pa), kg/m³

Oxy 1,429

amoniac 0,771

Krypton 3,743

Argon 1.784

Xenon 5.851

hydro 0,090

mêtan 0,717

Hơi nước (100°C) 0,598

Không khí 1.293

Khí cacbonic 1,977

Heli 0,178

Etylen 1.260

- Tỷ trọng của một số loại gỗ

Mật độ gỗ, g/cm³

Nhựa thơm 0,15

Linh sam Siberi 0,39

Sequoia thường xanh 0,41

Hạt dẻ ngựa 0,56

Hạt dẻ ăn được 0,59

cây bách 0,60

Anh đào chim 0,61

cây phỉ 0,63

Quả óc chó 0,64

bạch dương 0,65

Cây du trơn 0,66

Đường tùng 0,66

Cánh đồng phong 0,67

Gỗ tếch 0,67

Sviteniya (Gỗ gụ) 0,70

Bạch kim 0,70

Joster (cây hắc mai) 0,71

Tử đinh hương 0,80

Táo gai 0,80

Hồ đào (cariya) 0,83

Gỗ đàn hương 0,90

Gỗ hoàng dương 0,96

hồng mun 1.08

Quebracho 1.21

Gueyakum, hoặc rút lui 1,28

- Tỉ trọngkim loại(ở 20°C) t/M3

Nhôm 2,6889

Vonfram 19,35

Than chì 1,9 - 2,3

Sắt 7.874

Vàng 19.32

Kali 0,862

Canxi 1,55

Côban 8,90

Liti 0,534

Magiê 1,738

Đồng 8.96

Natri 0,971

niken 8,91

Thiếc(trắng) 7,29

Bạch kim 21,45

plutoni 19,25

Lãnh đạo 11.336

Bạc 10,50

Titan 4.505

xesi 1.873

Zirconi 6,45

- Tỷ trọng của hợp kim (ở 20°C)) t/M3

Đồng 7,5 - 9,1

Hợp kim của gỗ 9.7

Duralumin 2,6 - 2,9

Constantan 8,88

Đồng thau 8,2 - 8,8

nicrôm 8,4

Bạch kim iridi 21,62

Thép 7,7 - 7,9

Thép không gỉ (trung bình) 7,9 - 8,2

lớp 08X18H10T, 10X18H10T 7,9

lớp 10X17H13M2T, 10X17H13M3T 8

lớp 06KhN28MT, 06KhN28MDT 7,95

lớp 08X22H6T, 12X21H5T 7,6

Gang trắng 7.6 - 7.8

Gang xám 7.0 - 7.2

Trong nhiều ngành công nghiệp, cũng như trong xây dựng và nông nghiệp, khái niệm "mật độ vật chất" được sử dụng. Đây là một giá trị được tính toán, là tỷ lệ giữa khối lượng của một chất với thể tích mà nó chiếm. Biết một tham số như vậy, ví dụ, đối với bê tông, các nhà xây dựng có thể tính toán lượng cần thiết khi đổ các kết cấu bê tông cốt thép khác nhau: khối xây dựng, trần nhà, tường nguyên khối, cột, quan tài bảo vệ, hồ bơi, cổng và các vật thể khác.

Cách xác định mật độ

Điều quan trọng cần lưu ý là khi xác định mật độ vật liệu xây dựng, bạn có thể sử dụng các bảng tham chiếu đặc biệt, trong đó các giá trị này được đưa ra cho các chất khác nhau. Các phương pháp tính toán và thuật toán cũng đã được phát triển để có thể thu được dữ liệu đó trong thực tế nếu không có quyền truy cập vào tài liệu tham khảo.

Mật độ được xác định từ:

chất lỏng với thiết bị tỷ trọng kế (ví dụ: quy trình nổi tiếng để đo các thông số của chất điện phân trong ắc quy ô tô);
chất rắn và chất lỏng sử dụng công thức với dữ liệu ban đầu về khối lượng và thể tích.

Tất nhiên, tất cả các tính toán độc lập sẽ có những điểm không chính xác, bởi vì rất khó để xác định khối lượng một cách đáng tin cậy nếu cơ thể có hình dạng không đều.

Sự không chắc chắn trong phép đo mật độ

Lỗi là có hệ thống. Nó xuất hiện liên tục hoặc có thể thay đổi theo một quy luật nhất định trong quá trình thực hiện nhiều phép đo cùng một thông số. Nó liên quan đến sai số của thang đo thiết bị, độ nhạy thấp của thiết bị hoặc mức độ chính xác của các công thức tính toán. Vì vậy, ví dụ, bằng cách xác định trọng lượng cơ thể bằng trọng lượng và bỏ qua ảnh hưởng của sức nổi, dữ liệu là gần đúng.
Lỗi là ngẫu nhiên. Nó được gây ra bởi các nguyên nhân đến và có ảnh hưởng khác nhau đến độ tin cậy của dữ liệu được xác định. Những thay đổi về nhiệt độ môi trường, áp suất khí quyển, rung động trong phòng, bức xạ vô hình và rung động không khí - tất cả điều này được phản ánh trong các phép đo. Hoàn toàn không thể tránh được ảnh hưởng như vậy.

Lỗi khi làm tròn giá trị. Khi lấy dữ liệu trung gian trong tính toán các công thức, các số thường có nhiều chữ số có nghĩa sau dấu thập phân. Sự cần thiết phải giới hạn số lượng các ký tự này ngụ ý sự xuất hiện của một lỗi. Độ không chính xác này có thể được giảm một phần bằng cách để lại trong các phép tính trung gian nhiều bậc hơn so với kết quả cuối cùng yêu cầu.
Lỗi sơ suất (lỗi) phát sinh do tính toán sai, đưa sai giới hạn đo hoặc toàn bộ thiết bị, hồ sơ kiểm soát không đọc được. Dữ liệu thu được theo cách này có thể khác hẳn so với các tính toán tương tự. Do đó, chúng nên được xóa và thực hiện lại công việc.

Đo mật độ thực

Xem xét mật độ của vật liệu xây dựng, bạn cần tính đến chỉ số thực của nó. Đó là, khi cấu trúc của chất trong một đơn vị thể tích không chứa vỏ, lỗ rỗng và tạp chất lạ. Trong thực tế, không có sự đồng nhất tuyệt đối khi bê tông được đổ vào khuôn chẳng hạn. Để xác định cường độ thực của nó, phụ thuộc trực tiếp vào mật độ của vật liệu, các thao tác sau được thực hiện:

Cấu trúc được nghiền thành bột. Ở giai đoạn này, thoát khỏi các lỗ chân lông.
Sấy khô ở nhiệt độ trên 100 độ, độ ẩm còn lại được loại bỏ khỏi mẫu.
Để nguội đến nhiệt độ phòng và cho qua rây mịn có kích thước mắt lưới 0,20 x 0,20 mm, để bột có độ đồng nhất.
Mẫu thu được được cân trên cân điện tử có độ chính xác cao. Thể tích được tính bằng máy đo thể tích bằng cách ngâm trong cấu trúc chất lỏng và đo chất lỏng bị dịch chuyển (phân tích tỷ trọng lượng).

Việc tính toán được thực hiện theo công thức:

trong đó m là khối lượng của mẫu tính bằng g;

V là giá trị của thể tích tính bằng cm 3.

Phép đo mật độ tính bằng kg/m 3 thường được áp dụng.

Mật độ vật liệu trung bình

Để xác định cách vật liệu xây dựng hoạt động trong điều kiện vận hành thực tế dưới tác động của độ ẩm, nhiệt độ dương và âm, tải trọng cơ học, bạn cần sử dụng mật độ trung bình. Nó đặc trưng cho trạng thái vật lý của vật liệu.

Nếu mật độ thực là một giá trị không đổi và chỉ phụ thuộc vào thành phần hóa học và cấu trúc của mạng tinh thể của chất, thì mật độ trung bình được xác định bởi độ xốp của cấu trúc. Đó là tỷ lệ khối lượng vật chất ở trạng thái đồng nhất với thể tích không gian chiếm giữ trong điều kiện tự nhiên.

Mật độ trung bình cung cấp cho kỹ sư ý tưởng về độ bền cơ học, mức độ hấp thụ độ ẩm, độ dẫn nhiệt và các yếu tố quan trọng khác được sử dụng trong việc xây dựng các phần tử.

Khái niệm mật độ khối

Được giới thiệu để phân tích vật liệu xây dựng số lượng lớn (cát, sỏi, đất sét mở rộng, v.v.). Chỉ số này rất quan trọng để tính toán việc sử dụng hiệu quả chi phí của một số thành phần của hỗn hợp tòa nhà. Nó cho thấy tỷ lệ khối lượng của một chất so với thể tích mà nó chiếm trong trạng thái cấu trúc lỏng lẻo.

Ví dụ, nếu đã biết vật liệu dạng hạt và mật độ hạt trung bình thì có thể dễ dàng xác định tham số độ rỗng. Trong sản xuất bê tông, nên sử dụng chất độn (sỏi, đá dăm, cát) có độ xốp thấp hơn của chất khô, vì vật liệu xi măng cơ bản sẽ được sử dụng để lấp đầy, điều này sẽ làm tăng chi phí .

Giá trị mật độ của một số vật liệu

Nếu chúng ta lấy dữ liệu được tính toán của một số bảng, thì trong đó:

vật liệu có chứa oxit canxi, silic và nhôm, thay đổi từ 2400 đến 3100 kg mỗi m 3.
Các loài cây có gốc cellulose - 1550 kg mỗi m 3.
Chất hữu cơ (cacbon, oxy, hydro) - 800-1400 kg mỗi m 3.
Kim loại: thép - 7850, nhôm - 2700, chì - 11300 kg mỗi m 3.

Với các công nghệ xây dựng tòa nhà hiện đại, chỉ số mật độ vật liệu rất quan trọng từ quan điểm về độ bền của kết cấu chịu lực. Tất cả các chức năng cách nhiệt và chống ẩm được thực hiện bằng vật liệu mật độ thấp với cấu trúc lỗ rỗng.

Mật độ thường được gọi là đại lượng vật lý xác định tỷ lệ khối lượng của vật thể, chất hoặc chất lỏng với thể tích mà chúng chiếm trong không gian. Hãy nói về mật độ là gì, mật độ của vật thể và vật chất khác nhau như thế nào và cách (sử dụng công thức nào) để tìm mật độ trong vật lý.

Các loại mật độ

Cần làm rõ rằng mật độ có thể được chia thành nhiều loại.

Tùy theo đối tượng nghiên cứu:

Mật độ của một vật thể - đối với các vật thể đồng nhất - là tỷ lệ trực tiếp giữa khối lượng của vật thể với thể tích chiếm chỗ của nó trong không gian.
Mật độ của một chất là mật độ của các cơ thể bao gồm chất này. Khối lượng riêng của các chất không đổi. Có những bảng đặc biệt trong đó mật độ của các chất khác nhau được chỉ định. Ví dụ, mật độ nhôm là 2,7 * 103 kg / m 3. Biết khối lượng riêng của nhôm và khối lượng của cơ thể được làm bằng nó, chúng ta có thể tính toán thể tích của cơ thể này. Hoặc, biết rằng cơ thể bao gồm nhôm và biết khối lượng của cơ thể này, chúng ta có thể dễ dàng tính toán khối lượng của nó. Làm thế nào để tìm thấy các giá trị này, chúng ta sẽ xem xét một lát sau, khi chúng ta rút ra công thức tính mật độ.
Nếu cơ thể bao gồm một số chất, thì để xác định mật độ của nó, cần phải tính riêng mật độ của các bộ phận của nó cho từng chất. Mật độ này được gọi là mật độ trung bình của cơ thể.

Tùy thuộc vào độ xốp của chất mà cơ thể được cấu tạo:

Mật độ thực là mật độ được tính toán mà không tính đến các khoảng trống trong cơ thể.
Trọng lượng riêng - hay mật độ biểu kiến - là giá trị được tính toán có tính đến các khoảng trống của vật thể bao gồm một chất xốp hoặc dễ vỡ.

Vì vậy, làm thế nào để bạn tìm thấy mật độ?

mật độ công thức

Công thức giúp tìm mật độ của một cơ thể như sau:

p = m / V, trong đó p là khối lượng riêng của chất, m là khối lượng của vật, V là thể tích của vật trong không gian.

Nếu chúng ta tính mật độ của một loại khí cụ thể, thì công thức sẽ như sau:

p \u003d M / V m p là khối lượng riêng của khí, M là khối lượng mol của khí, V m là thể tích mol, ở điều kiện thường là 22,4 l / mol.

Ví dụ: khối lượng của một chất là 15 kg thì chiếm thể tích là 5 lít. Mật độ của vật chất là gì?

Giải pháp: Thay thế các giá trị vào công thức

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

Trả lời: khối lượng riêng của chất là 3 kg/l

đơn vị mật độ

Ngoài việc biết cách tìm khối lượng riêng của một vật và một chất, còn cần biết các đơn vị đo khối lượng riêng.

Đối với chất rắn - kg / m 3, g / cm 3
Đối với chất lỏng - 1 g / l hoặc 10 3 kg / m 3
Đối với khí - 1 g / l hoặc 10 3 kg / m 3

Bạn có thể đọc thêm về các đơn vị mật độ trong bài viết của chúng tôi.

Cách tìm mật độ ở nhà

Để tìm mật độ của một cơ thể hoặc chất ở nhà, bạn sẽ cần:

Quy mô;
centimet nếu cơ thể rắn chắc;
Bình, nếu bạn muốn đo mật độ của chất lỏng.

Để tìm mật độ của một cơ thể tại nhà, bạn cần đo thể tích của nó bằng centimet hoặc bình, sau đó đặt cơ thể lên bàn cân. Nếu bạn đang đo khối lượng riêng của chất lỏng, đừng quên trừ đi khối lượng của bình chứa mà bạn đã đổ chất lỏng vào trước khi tính toán. Việc tính mật độ của các loại khí tại nhà sẽ khó khăn hơn nhiều, chúng tôi khuyên bạn nên sử dụng các bảng làm sẵn trong đó mật độ của các loại khí khác nhau đã được chỉ định sẵn.

Hình 1. Bảng khối lượng riêng của một số chất. Author24 - trao đổi trực tuyến các bài viết của sinh viên

Tất cả các cơ thể trong thế giới xung quanh chúng ta đều có kích thước và khối lượng khác nhau. Nhưng ngay cả với cùng một dữ liệu thể tích, khối lượng của các chất sẽ khác nhau đáng kể. Trong vật lý, hiện tượng này được gọi là mật độ vật chất.

Mật độ là một khái niệm vật lý cơ bản đưa ra ý tưởng về các đặc tính của bất kỳ chất nào đã biết.

định nghĩa 1

Khối lượng riêng của một chất là đại lượng vật lý biểu thị khối lượng của một chất nào đó trên một đơn vị thể tích.

Các đơn vị thể tích về khối lượng riêng của một chất thường là mét khối hoặc centimet khối. Xác định mật độ của một chất được thực hiện với các thiết bị và dụng cụ đặc biệt.

Để xác định mật độ của một chất, cần phải chia khối lượng của nó cho thể tích của chính nó. Khi tính mật độ của một chất, các đại lượng sau được sử dụng:

trọng lượng cơ thể ($m$); khối lượng cơ thể ($V$); mật độ cơ thể ($ρ$)

Ghi chú 1

$ρ$ là chữ cái trong bảng chữ cái Hy Lạp "ro" và không nên nhầm lẫn với ký hiệu tương tự cho áp suất - $p$ ("pe").

Công thức mật độ vật chất

Việc tính toán mật độ của một chất xảy ra khi sử dụng hệ thống đo lường SI. Trong đó, đơn vị khối lượng riêng được biểu thị bằng kilogam trên mét khối hoặc gam trên centimet khối. Bạn cũng có thể sử dụng bất kỳ hệ thống đo lường nào.

Một chất có các mức mật độ khác nhau nếu nó ở các trạng thái tập hợp khác nhau. Nói cách khác, mật độ của một chất ở trạng thái rắn sẽ khác với mật độ của cùng một chất ở trạng thái lỏng hoặc khí. Ví dụ, nước có mật độ ở trạng thái lỏng thông thường là 1.000 kilôgam trên mét khối. Ở trạng thái đóng băng, nước (nước đá) sẽ có mật độ 900 kg trên một mét khối. Hơi nước ở áp suất khí quyển bình thường và nhiệt độ gần bằng 0 độ sẽ có mật độ 590 kg trên một mét khối.

Công thức chuẩn cho mật độ của một chất như sau:

Ngoài công thức chuẩn chỉ dùng cho chất rắn, còn có công thức cho chất khí ở điều kiện thường:

$ρ = M / Vm$, trong đó:

$M$ - khối lượng mol khí,
$Vm$ - thể tích mol của khí.

Có hai loại chất rắn:

xốp;
lỏng lẻo.

Ghi chú 2

Đặc tính vật lý của chúng ảnh hưởng trực tiếp đến mật độ của chất.

Mật độ của các cơ thể đồng nhất

định nghĩa 2

Mật độ của các vật thể đồng nhất là tỷ lệ giữa khối lượng của một vật thể với thể tích của nó.

Định nghĩa về mật độ của một cơ thể đồng nhất và phân bố đồng đều với cấu trúc không đồng nhất, bao gồm chất này, được bao gồm trong khái niệm về mật độ của một chất. Đây là một giá trị không đổi và để hiểu rõ hơn về thông tin, các bảng đặc biệt được hình thành, trong đó tất cả các chất thông thường được thu thập. Các giá trị cho mỗi chất được chia thành ba thành phần:

mật độ trạng thái rắn;
mật độ của cơ thể ở trạng thái lỏng;
mật độ của một cơ thể ở trạng thái khí.

Nước là một chất khá đồng nhất. Một số chất không đồng nhất, do đó, mật độ trung bình của cơ thể được xác định cho chúng. Để tính được giá trị này, cần phải biết kết quả của ρ của chất cho từng thành phần riêng biệt. Cơ thể lỏng lẻo và xốp có mật độ thực sự. Nó được xác định mà không tính đến các khoảng trống trong cấu trúc của nó. Trọng lượng riêng có thể được tính bằng cách chia khối lượng của một chất cho tổng thể tích mà nó chiếm.

Các giá trị tương tự được liên kết với nhau bởi hệ số độ xốp. Nó biểu thị tỷ lệ thể tích của khoảng trống so với tổng thể tích của cơ thể hiện đang được kiểm tra.

Mật độ của các chất phụ thuộc vào nhiều yếu tố bổ sung. Một số trong số chúng đồng thời tăng giá trị này đối với một số chất và hạ thấp giá trị này đối với phần còn lại. Ở nhiệt độ thấp, mật độ của một chất tăng lên. Một số chất có thể phản ứng với sự thay đổi nhiệt độ theo những cách khác nhau. Trong trường hợp này, người ta thường nói rằng mật độ ở một phạm vi nhiệt độ nhất định hoạt động dị thường. Những chất như vậy thường bao gồm đồng, nước, gang và một số hợp kim khác. Mật độ của nước cao nhất ở 4 độ C. Khi làm nóng hoặc làm mát thêm, chỉ báo này cũng có thể thay đổi đáng kể.

Biến chất với mật độ của nước xảy ra trong quá trình chuyển đổi từ trạng thái tập hợp này sang trạng thái tập hợp khác. Chỉ số ρ trong những trường hợp này thay đổi giá trị đột ngột. Nó tăng dần khi chuyển sang chất lỏng từ trạng thái khí, cũng như tại thời điểm kết tinh chất lỏng.

Có, và rất nhiều trường hợp ngoại lệ. Ví dụ, silic có giá trị mật độ nhỏ trong quá trình hóa rắn.

Đo mật độ của một chất

Để đo mật độ của một chất một cách hiệu quả, thiết bị đặc biệt thường được sử dụng. Nó bao gồm:

quy mô;
thiết bị đo ở dạng thước kẻ;
bình Định mức.

Nếu chất thử ở trạng thái rắn, thì thiết bị đo ở dạng centimet được sử dụng làm thiết bị đo. Nếu chất thử ở trạng thái kết tụ lỏng, thì bình định mức được sử dụng để đo.

Trước tiên, bạn phải đo thể tích của cơ thể bằng centimet hoặc bình định mức. Nhà nghiên cứu quan sát thang đo và ghi lại kết quả. Nếu một chùm gỗ có hình khối đang được kiểm tra, thì mật độ sẽ bằng giá trị của cạnh được nâng lên lũy thừa bậc ba. Khi kiểm tra chất lỏng, cần phải tính đến thêm khối lượng của bình mà các phép đo được thực hiện. Các giá trị thu được phải được thay thế thành công thức chung cho mật độ của chất và chỉ số được tính toán.

Đối với các chất khí, việc tính toán chỉ số rất khó khăn vì phải sử dụng nhiều dụng cụ đo khác nhau.

Thông thường, tỷ trọng kế được sử dụng để tính khối lượng riêng của các chất. Nó được thiết kế để có được kết quả trên chất lỏng. Mật độ thực được nghiên cứu bằng cách sử dụng một tỷ trọng kế. Đất được kiểm tra với sự trợ giúp của máy khoan Kaczynski và Seidelman.

Hãy đặt các xi lanh bằng sắt và nhôm có cùng thể tích lên cân (Hình 122). Sự cân bằng của cân đã bị xáo trộn. Tại sao?

Cơm. 122

Trong phòng thí nghiệm, bạn đo trọng lượng cơ thể bằng cách so sánh trọng lượng của chuông ấm với trọng lượng cơ thể. Khi các quả cân ở trạng thái cân bằng, các khối lượng này bằng nhau. Sự mất cân bằng có nghĩa là khối lượng của các cơ thể không giống nhau. Khối lượng của một hình trụ bằng sắt lớn hơn khối lượng của một hình trụ bằng nhôm. Nhưng thể tích của các hình trụ bằng nhau. Điều này có nghĩa là một đơn vị thể tích (1 cm 3 hoặc 1 m 3) sắt có khối lượng lớn hơn nhôm.

Khối lượng của một chất chứa trong một đơn vị thể tích gọi là khối lượng riêng của chất đó. Để tìm mật độ, bạn cần chia khối lượng của một chất cho thể tích của nó. Mật độ được biểu thị bằng chữ Hy Lạp ρ (rho). sau đó

mật độ = khối lượng / khối lượng

ρ = m/V.

Đơn vị SI của mật độ là 1 kg/m 3. Mật độ của các chất khác nhau đã được xác định bằng thực nghiệm và được trình bày trong Bảng 1. Hình 123 cho thấy khối lượng của các chất mà bạn đã biết trong một thể tích V = 1 m 3.

Cơm. 123

Mật độ của các chất rắn, lỏng và khí
(ở áp suất khí quyển bình thường)

Làm thế nào để hiểu rằng mật độ của nước ρ \u003d 1000 kg / m 3? Câu trả lời cho câu hỏi này sau từ công thức. Khối lượng của nước có thể tích V \u003d 1 m 3 bằng m \u003d 1000 kg.

Từ công thức khối lượng riêng, khối lượng của một chất

m = ρV.

Trong hai vật có thể tích bằng nhau, vật nào có mật độ vật chất lớn hơn thì có khối lượng lớn hơn.

So sánh khối lượng riêng của sắt ρ w = 7800 kg/m 3 và nhôm ρ al = 2700 kg/m 3, ta hiểu tại sao trong thí nghiệm (xem hình 122) khối lượng của một hình trụ bằng sắt lại lớn hơn khối lượng của một xi lanh bằng nhôm có cùng thể tích.

Nếu thể tích của cơ thể được đo bằng cm 3, thì để xác định khối lượng của cơ thể, thuận tiện là sử dụng giá trị mật độ ρ, được biểu thị bằng g / cm 3.

Công thức mật độ chất ρ = m/V được sử dụng cho các vật thể đồng nhất, tức là cho các vật thể chỉ gồm một chất. Đây là những thể không có khoang khí hoặc không chứa tạp chất của các chất khác. Độ tinh khiết của chất được đánh giá bằng giá trị của mật độ đo được. Ví dụ, có một số kim loại rẻ tiền được thêm vào bên trong một thỏi vàng không?

Suy nghĩ và trả lời

Cân bằng của cân sẽ thay đổi như thế nào (xem hình 122) nếu thay vì một hình trụ bằng sắt, người ta đặt một hình trụ bằng gỗ có cùng thể tích lên cốc?
Mật độ là gì?
Mật độ của một chất có phụ thuộc vào thể tích của nó không? Từ đại chúng?
Mật độ được đo bằng đơn vị nào?
Làm thế nào để chuyển từ đơn vị khối lượng riêng g/cm 3 sang đơn vị khối lượng riêng kg/m 3?

Thú vị phải biết!

Theo quy định, một chất ở trạng thái rắn có mật độ lớn hơn ở trạng thái lỏng. Một ngoại lệ cho quy tắc này là nước đá và nước, bao gồm các phân tử H 2 O. Khối lượng riêng của nước đá là ρ = 900 kg / m 3, khối lượng riêng của nước là? \u003d 1000 kg / m 3. Mật độ của băng nhỏ hơn mật độ của nước, điều này cho thấy mật độ các phân tử (nghĩa là khoảng cách lớn giữa chúng) ở trạng thái rắn của vật chất (nước đá) ít đậm đặc hơn ở trạng thái lỏng (nước). Trong tương lai, bạn sẽ gặp những dị thường (bất thường) rất thú vị khác trong tính chất của nước.

Mật độ trung bình của Trái đất xấp xỉ 5,5 g/cm 3 . Điều này và các sự kiện khác mà khoa học đã biết đã giúp đưa ra một số kết luận về cấu trúc của Trái đất. Bề dày trung bình của vỏ trái đất khoảng 33 km. Vỏ trái đất có thành phần chủ yếu là đất và đá. Mật độ trung bình của lớp vỏ trái đất là 2,7 g / cm 3 và mật độ của đá nằm ngay dưới lớp vỏ trái đất là 3,3 g / cm 3. Nhưng cả hai giá trị này đều nhỏ hơn 5,5 g/cm 3, tức là nhỏ hơn mật độ trung bình của Trái đất. Từ đó, mật độ vật chất nằm ở độ sâu của địa cầu lớn hơn mật độ trung bình của Trái đất. Các nhà khoa học cho rằng ở trung tâm Trái đất, mật độ vật chất đạt tới 11,5 g/cm 3 , tức là gần bằng mật độ chì.

Mật độ trung bình của các mô cơ thể người là 1036 kg / m 3, mật độ của máu (ở t = 20 ° C) là 1050 kg / m 3.

Gỗ balsa có mật độ gỗ thấp (ít hơn 2 lần so với lie). Bè, dây cứu sinh được làm từ nó. Ở Cuba, một cây echinomena có lông gai mọc lên, gỗ của nó có mật độ nhỏ hơn 25 lần so với mật độ của nước, tức là ρ = 0,04 g / cm 3. Cây rắn có mật độ gỗ rất cao. Gỗ chìm trong nước như đá.

Tự làm ở nhà

Đo mật độ của xà phòng. Để làm điều này, sử dụng một thanh xà phòng hình chữ nhật. So sánh giá trị mật độ mà bạn đo được với các giá trị mà các bạn cùng lớp thu được. Các giá trị khối lượng riêng thu được có bằng nhau không? Tại sao?

thú vị để biết

Ngay trong suốt cuộc đời của nhà khoa học Hy Lạp cổ đại nổi tiếng Archimedes (Hình 124), các truyền thuyết đã được sáng tác về ông, lý do là những phát minh của ông đã khiến những người đương thời kinh ngạc. Một trong những truyền thuyết kể rằng vua Heron II của Syracusan đã yêu cầu nhà tư tưởng xác định xem vương miện của ông được làm bằng vàng nguyên chất hay một thợ kim hoàn đã trộn một lượng bạc đáng kể vào đó. Tất nhiên, vương miện nên vẫn còn nguyên vẹn. Không khó để Archimedes xác định khối lượng của chiếc vương miện. Việc đo chính xác thể tích của vương miện để tính mật độ của kim loại mà nó được đúc và xác định xem đó có phải là vàng nguyên chất hay không sẽ khó khăn hơn nhiều. Khó khăn là nó có hình dạng sai!

Cơm. 124

Một lần Archimedes, mải mê nghĩ về chiếc vương miện, đang tắm, nơi anh ta nảy ra một ý tưởng tuyệt vời. Thể tích của vương miện có thể được xác định bằng cách đo thể tích nước bị chiếm chỗ bởi nó (bạn đã quen với phương pháp đo thể tích của vật thể có hình dạng bất thường này). Khi đã xác định được thể tích của chiếc vương miện và khối lượng của nó, Archimedes đã tính được khối lượng riêng của chất mà người thợ kim hoàn đã chế tạo chiếc vương miện.

Theo truyền thuyết, mật độ của vật liệu làm vương miện hóa ra nhỏ hơn mật độ của vàng nguyên chất và người thợ kim hoàn không trung thực đã bị bắt quả tang gian lận.

bài tập

Mật độ của đồng là ρ m = 8,9 g / cm 3 và mật độ của nhôm là ρ al = 2700 kg / m 3. Chất nào nặng hơn và nặng hơn bao nhiêu?
Xác định khối lượng của một tấm bê tông có thể tích là V = 3,0 m 3.
Một quả cầu có thể tích V = 10 cm 3 được làm bằng chất gì nếu khối lượng của nó là m = 71 g?
Xác định khối lượng của ô cửa sổ có chiều dài a = 1,5 m, chiều cao b = 80 cm và độ dày c = 5,0 mm.
Tổng khối lượng N = 7 tấm tôn giống nhau m = 490 kg. Kích thước mỗi tấm là 1 x 1,5 m Xác định độ dày của tấm.
Xi lanh thép và nhôm có cùng diện tích mặt cắt ngang và khối lượng. Hình trụ nào có chiều cao lớn hơn và bằng bao nhiêu?