Какво се нарича плътност и как се измерва. Как се измерва плътността на материала? Плътност на различни материали

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

Плътността на веществото е физична величина, която 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:

В допълнение към 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

Техните физически характеристики пряко 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 то 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 момента се изследва.

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 изследваното вещество е в течно 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.

Фигура 1. Таблица на плътностите на някои вещества. Author24 - онлайн обмен на студентски работи

Определение 1

Плътността на веществото е физична величина, която показва масата на определено вещество на единица обем.

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

Стандартната формула за плътността на веществото е следната:

$ρ = M / Vm$, където:

$M$ е моларната маса на газа,
$Vm$ е моларният обем на газа.

Има два вида твърди вещества:

порест;
насипно състояние.

Бележка 2

Техните физически характеристики пряко влияят върху плътността на веществото.

Плътност на еднородни тела

Определение 2

Плътността на еднородните тела е отношението на масата на тялото към неговия обем.

плътност на тяло в твърдо състояние;
плътност на тяло в течно състояние;
плътност на тяло в газообразно състояние.

Има много изключителни случаи. Например, силицийът има ниски стойности на плътност, когато е втвърден.

Измерване на плътността на материята

везни;
измервателен уред под формата на владетел;
мерителна колба.

Телата около нас се състоят от различни вещества: желязо, дърво, каучук и др. Масата на всяко тяло зависи не само от неговия размер, но и от веществото, от което се състои. Телата с еднакъв обем, състоящи се от различни вещества, имат различни маси. Например, като претеглим два цилиндъра, направени от различни вещества - алуминий и олово, ще видим, че масата на алуминиевия цилиндър е по-малка от масата на оловния цилиндър.

В същото време тела с еднакви маси, състоящи се от различни вещества, имат различни обеми. По този начин железен прът с тегло 1 тон заема обем от 0,13 m 3, а ледът с тегло 1 тон заема обем от 1,1 m 3. Обемът на леда е почти 9 пъти по-голям от обема на железен прът. Тоест различните вещества могат да имат различна плътност.

От това следва, че тела с еднакъв обем, състоящи се от различни вещества, имат различни маси.

Плътността показва масата на веществото, взето в определен обем. Тоест, ако са известни масата на тялото и неговият обем, може да се определи плътността. За да намерите плътността на дадено вещество, трябва да разделите масата на тялото на неговия обем.

Плътността на едно и също вещество в твърдо, течно и газообразно състояние е различна.

Плътностите на някои твърди вещества, течности и газове са дадени в таблици.

Плътности на някои твърди вещества (при нормално атмосферно налягане, t = 20 ° C).

Твърди

ρ , kg/m 3

ρ , g/cm3

Твърди

ρ , kg/m 3

ρ , g/cm3

Прозоречно стъкло

бор (сух)

Плексиглас

Рафинирана захар

Полиетилен

Дъб (сух)

Плътности на някои течности (при нормално атмосферно налягане t = 20 ° C).

Течност

ρ , kg/m 3

ρ , g/cm3

Течност

ρ , kg/m 3

ρ , g/cm3

Водата е чиста

Пълномаслено мляко

Слънчогледово олио

Течен калай (при T= 400°° С)

Машинно масло

Течен въздух (при T= -194°° С)

ОПРЕДЕЛЕНИЕ

Плътносте скаларна физична величина, която се определя като отношение на масата на тялото към обема, който заема.

Това количество обикновено се обозначава с гръцката буква r или латинските букви D и д. За единица за измерване на плътност в системата SI се приема kg/m 3 , а в GHS - g/cm 3 .

Плътността може да се изчисли по формулата:

Съотношението на масата на даден газ към масата на друг газ, взет в същия обем, при същата температура и същото налягане, се нарича относителна плътност на първия газ спрямо втория.

Например при нормални условия масата на въглеродния диоксид в обем от 1 литър е 1,98 g, а масата на водорода в същия обем и при същите условия е 0,09 g, от което плътността на въглеродния диоксид по водород ще бъде: 1,98 / 0,09 = 22.

Как да изчислим плътността на веществото

Нека обозначим относителната плътност на газа m 1 / m 2 с буквата D. Тогава

Следователно моларната маса на газ е равна на неговата плътност спрямо друг газ, умножена по моларната маса на втория газ.

Често плътностите на различни газове се определят по отношение на водорода, като най-лекия от всички газове. Тъй като моларната маса на водорода е 2,0158 g/mol, в този случай уравнението за изчисляване на моларните маси приема формата:

или, ако закръглим моларната маса на водорода до 2:

Изчислявайки, например, използвайки това уравнение, моларната маса на въглеродния диоксид, чиято плътност за водорода, както е посочено по-горе, е 22, намираме:

M(CO 2 ) = 2 × 22 = 44 g/mol.

Примери за решаване на проблеми

ПРИМЕР 1

Упражнение

Изчислете обема на водата и масата на натриев хлорид NaCl, които ще са необходими за приготвяне на 250 ml от 0,7 M разтвор. Вземете плътността на разтвора равна на 1 g/cm. Каква е масовата част на натриевия хлорид в този разтвор?

Решение

Моларна концентрация на разтвор, равна на 0,7 М, показва, че 1000 ml разтвор съдържа 0,7 mol сол. След това можете да разберете количеството солно вещество в 250 ml от този разтвор:

n(NaCl) = V разтвор (NaCl) × C M (NaCl);

n(NaCl) = 250 × 0,7 / 1000 = 0,175 mol.

Нека намерим масата на 0,175 mol натриев хлорид:

M(NaCl) = Ar(Na) + Ar(Cl) = 23 + 35,5 = 58,5 g/mol.

m(NaCl) = n(NaCl) × M(NaCl);

m(NaCl) = 0,175 × 58,5 = 10,2375 g.

Нека изчислим масата на водата, необходима за получаване на 250 ml 0,7 M разтвор на натриев хлорид:

r = m разтвор / V;

m разтвор = V × r = 250 × 1 = 250 g.

m(H2O) = 250 - 10.2375 = 239.7625 g.

Отговор

Масата на водата е 239,7625 g, обемът е същата стойност, тъй като плътността на водата е 1 g/cm

ПРИМЕР 2

Упражнение

Изчислете обема на водата и масата на калиев нитрат KNO 3, които ще са необходими за приготвяне на 150 ml от 0,5 M разтвор. Вземете плътността на разтвора равна на 1 g/cm. Каква е масовата част на калиевия нитрат в такъв разтвор?

Решение

Моларна концентрация на разтвор, равна на 0,5 М, показва, че 1000 ml разтвор съдържа 0,7 mol сол. След това можете да разберете количеството сол в 150 ml от този разтвор:

n(KNO 3) = V разтвор (KNO 3) × C M (KNO 3);

n(KNO3) = 150 × 0,5 / 1000 = 0,075 mol.

Нека намерим масата на 0,075 mol калиев нитрат:

M(KNO3) = Ar(K) + Ar(N) + 3×Ar(O) = 39 + 14 + 3×16 = 53 + 48 = 154 g/mol.

m(KNO3) = n(KNO3) × M(KNO3);

m(KNO3) = 0,075 × 154 = 11,55 g.

Нека изчислим масата на водата, необходима за получаване на 150 ml 0,5 M разтвор на калиев нитрат:

r = m разтвор / V;

m разтвор = V × r = 150 × 1 = 150 g.

m(H 2 O) = m разтвор - m(NaCl);

m(H2O) = 150 - 11.55 = 138.45 g.

Отговор

Масата на водата е 138,45 g, обемът е същата стойност, тъй като плътността на водата е 1 g/cm

Всичко около нас се състои от различни вещества. Корабите и баните са построени от дърво, ютиите и детските легла са направени от желязо, гумите на колелата и гумите на моливите са направени от каучук. И различните предмети имат различно тегло - всеки от нас може лесно да пренесе сочен узрял пъпеш от пазара, но ще трябва да се поизпоти над тежест със същия размер.

Всички си спомнят известния виц: „Кое е по-тежко? Килограм нокти или килограм пух? Вече няма да се хващаме на този детски номер, знаем, че теглото и на двете ще бъде еднакво, но обемът ще бъде значително различен. Така че защо се случва това? Защо различните тела и вещества имат различно тегло при еднакъв размер? Или обратното, едно и също тегло с различни размери? Очевидно има някаква характеристика, поради която веществата са толкова различни едно от друго. Във физиката тази характеристика се нарича плътност на материята и се учи в седми клас.

Плътност на веществото: определение и формула

Дефиницията на плътността на веществото е следната: плътността показва каква е масата на веществото в единица обем, например в един кубичен метър. И така, плътността на водата е 1000 kg/m3, а ледът е 900 kg/m3, поради което ледът е по-лек и е на върха на резервоарите през зимата. Тоест какво ни показва плътността на материята в този случай? Плътност на леда от 900 kg/m3 означава, че кубче лед със страна 1 метър тежи 900 kg. А формулата за определяне на плътността на дадено вещество е следната: плътност = маса/обем. Величините, включени в този израз, се означават по следния начин: маса - m, обем на тялото - V, а плътността се обозначава с буквата ρ (гръцката буква "rho"). И формулата може да се напише по следния начин:

Как да намерите плътността на веществото

Как да намерите или изчислите плътността на веществото? За да направите това, трябва да знаете телесния обем и телесното тегло. Тоест измерваме веществото, претегляме го и след това просто заместваме получените данни във формулата и намираме стойността, от която се нуждаем. А как се измерва плътността на дадено вещество става ясно от формулата. Измерва се в килограми на кубичен метър. Понякога те също използват стойност като грамове на кубичен сантиметър. Преобразуването на една стойност в друга е много просто. 1 g = 0,001 kg и 1 cm3 = 0,000001 m3. Съответно, 1 g/(cm)^3 =1000kg/m^3. Трябва също да се помни, че плътността на веществото е различна в различните агрегатни състояния. Тоест в твърда, течна или газообразна форма. Плътността на твърдите вещества най-често е по-висока от плътността на течностите и много по-висока от плътността на газовете. Може би много полезно изключение за нас е водата, която, както вече разгледахме, тежи по-малко в твърдо състояние, отколкото в течно състояние. Именно поради тази странна характеристика на водата е възможен живот на Земята. Животът на нашата планета, както знаем, произлиза от океаните. И ако водата се държи като всички други вещества, тогава водата в моретата и океаните ще замръзне, ледът, бидейки по-тежък от водата, ще потъне на дъното и ще остане там, без да се стопи. И само на екватора, в малък воден стълб, би съществувал живот под формата на няколко вида бактерии. Така че можем да благодарим на водата за нашето съществуване.