Was nennt man Dichte und wie wird sie gemessen? Wie wird die Dichte eines Materials gemessen? Dichte verschiedener Materialien

Abbildung 1. Tabelle der Dichten einiger Stoffe. Author24 – Online-Austausch studentischer Arbeiten

Alle Körper auf der Welt um uns herum haben unterschiedliche Größen und Volumina. Aber auch bei gleichen volumetrischen Daten wird sich die Masse der Stoffe deutlich unterscheiden. In der Physik wird dieses Phänomen Dichte der Materie genannt.

Dichte ist ein grundlegendes physikalisches Konzept, das einen Eindruck von den Eigenschaften jeder bekannten Substanz vermittelt.

Definition 1

Die Dichte eines Stoffes ist eine physikalische Größe, die die Masse eines bestimmten Stoffes pro Volumeneinheit angibt.

Die Volumeneinheiten für die Dichte eines Stoffes sind üblicherweise Kubikmeter oder Kubikzentimeter. Die Bestimmung der Dichte eines Stoffes erfolgt mit speziellen Geräten und Instrumenten.

Um die Dichte eines Stoffes zu bestimmen, muss man die Masse seines Körpers durch sein eigenes Volumen dividieren. Bei der Berechnung der Dichte eines Stoffes werden folgende Werte verwendet:

Körpergewicht ($m$); Körpervolumen ($V$); Körperdichte ($ρ$)

Hinweis 1

$ρ$ ist ein Buchstabe des griechischen Alphabets „rho“ und sollte nicht mit einer ähnlichen Bezeichnung für Druck verwechselt werden – $p$ („peh“).

Formel für die Stoffdichte

Die Dichte eines Stoffes wird mit dem SI-Messsystem berechnet. Darin werden Dichteeinheiten in Kilogramm pro Kubikmeter oder Gramm pro Kubikzentimeter ausgedrückt. Sie können auch jedes beliebige Messsystem verwenden.

Ein Stoff weist unterschiedliche Dichtegrade auf, wenn er sich in unterschiedlichen Aggregatzuständen befindet. Mit anderen Worten: Die Dichte eines Stoffes im festen Zustand unterscheidet sich von der Dichte desselben Stoffes im flüssigen oder gasförmigen Zustand. Beispielsweise hat Wasser im normalen flüssigen Zustand eine Dichte von 1000 Kilogramm pro Kubikmeter. Im gefrorenen Zustand hat Wasser (Eis) bereits eine Dichte von 900 Kilogramm pro Kubikmeter. Wasserdampf hat bei normalem Atmosphärendruck und einer Temperatur nahe Null Grad eine Dichte von 590 Kilogramm pro Kubikmeter.

Die Standardformel für die Dichte eines Stoffes lautet wie folgt:

Neben der Standardformel, die nur für Feststoffe verwendet wird, gibt es eine Formel für Gas unter Normalbedingungen:

$ρ = M / Vm$, wobei:

$M$ ist die Molmasse des Gases,
$Vm$ ist das Molvolumen des Gases.

Es gibt zwei Arten von Feststoffen:

porös;
Schüttgut.

Hinweis 2

Ihre physikalischen Eigenschaften wirken sich direkt auf die Dichte der Substanz aus.

Dichte homogener Körper

Definition 2

Die Dichte homogener Körper ist das Verhältnis der Masse eines Körpers zu seinem Volumen.

Der Begriff der Dichte eines Stoffes umfasst die Definition der Dichte eines homogenen und gleichmäßig verteilten Körpers mit heterogener Struktur, der aus diesem Stoff besteht. Dies ist ein konstanter Wert und für ein besseres Verständnis der Informationen werden spezielle Tabellen erstellt, in denen alle gängigen Substanzen gesammelt werden. Die Werte für jeden Stoff sind in drei Komponenten unterteilt:

Dichte eines Körpers in festem Zustand;
Dichte eines Körpers im flüssigen Zustand;
Dichte eines Körpers im gasförmigen Zustand.

Wasser ist eine ziemlich homogene Substanz. Einige Stoffe sind nicht so homogen, daher wird für sie die durchschnittliche Dichte des Körpers bestimmt. Um diesen Wert abzuleiten, ist es notwendig, das Ergebnis ρ des Stoffes für jede Komponente separat zu kennen. Lose und poröse Körper haben echte Dichte. Es wird ohne Berücksichtigung der Hohlräume in seiner Struktur bestimmt. Das spezifische Gewicht lässt sich berechnen, indem man die Masse einer Substanz durch das gesamte Volumen dividiert, das sie einnimmt.

Ähnliche Werte werden durch den Porositätskoeffizienten miteinander in Beziehung gesetzt. Es stellt das Verhältnis des Hohlraumvolumens zum Gesamtvolumen des Körpers dar, der gerade untersucht wird.

Die Dichte von Stoffen hängt von vielen weiteren Faktoren ab. Eine Reihe von ihnen erhöht gleichzeitig diesen Wert für einige Stoffe und verringert ihn für andere. Bei niedrigen Temperaturen nimmt die Dichte des Stoffes zu. Manche Stoffe können unterschiedlich auf Temperaturänderungen reagieren. In diesem Fall ist es üblich zu sagen, dass sich die Dichte in einem bestimmten Temperaturbereich anomal verhält. Zu diesen Substanzen gehören häufig Bronze, Wasser, Gusseisen und einige andere Legierungen. Die Dichte des Wassers ist bei 4 Grad Celsius am größten. Bei weiterer Erwärmung oder Abkühlung kann sich dieser Indikator ebenfalls deutlich verändern.

Metamorphosen mit der Dichte von Wasser treten beim Übergang von einem Aggregatzustand in einen anderen auf. Der Indikator ρ ändert seine Werte in diesen Fällen abrupt. Sie nimmt beim Übergang vom gasförmigen Zustand in den flüssigen Zustand sowie im Moment der Kristallisation der Flüssigkeit zunehmend zu.

Es gibt viele Ausnahmefälle. Beispielsweise weist Silizium im erstarrten Zustand geringe Dichtewerte auf.

Messung der Dichte von Materie

Um die Dichte eines Stoffes effektiv zu messen, werden normalerweise spezielle Geräte verwendet. Es besteht aus:

Waage;
Messgerät in Form eines Lineals;
Messkolben.

Befindet sich der zu untersuchende Stoff in einem festen Zustand, wird als Messgerät ein Maß in Form eines Zentimeters verwendet. Befindet sich der zu untersuchende Stoff in einem flüssigen Aggregatzustand, wird zur Messung ein Messkolben verwendet.

Zuerst müssen Sie Ihr Körpervolumen mit einem Zentimeter oder einem Messkolben messen. Der Forscher beobachtet die Messskala und zeichnet das resultierende Ergebnis auf. Untersucht man einen würfelförmigen Holzbalken, so ist die Dichte gleich dem Wert der zur dritten Potenz erhobenen Seite. Bei der Untersuchung einer Flüssigkeit muss zusätzlich die Masse des Gefäßes berücksichtigt werden, mit dem gemessen wird. Die erhaltenen Werte müssen in die universelle Formel für die Dichte des Stoffes eingesetzt und der Indikator berechnet werden.

Bei Gasen ist die Berechnung des Indikators sehr schwierig, da der Einsatz verschiedener Messgeräte erforderlich ist.

Typischerweise wird ein Aräometer zur Berechnung der Dichte von Stoffen verwendet. Es wurde entwickelt, um Ergebnisse aus Flüssigkeiten zu erzielen. Die wahre Dichte wird mit einem Pyknometer untersucht. Die Böden werden mit Kaczynski- und Seidelman-Bohrgeräten untersucht.

Abbildung 1. Tabelle der Dichten einiger Stoffe. Author24 – Online-Austausch studentischer Arbeiten

Dichte ist ein grundlegendes physikalisches Konzept, das einen Eindruck von den Eigenschaften jeder bekannten Substanz vermittelt.

Definition 1

Die Dichte eines Stoffes ist eine physikalische Größe, die die Masse eines bestimmten Stoffes pro Volumeneinheit angibt.

Die Volumeneinheiten für die Dichte eines Stoffes sind üblicherweise Kubikmeter oder Kubikzentimeter. Die Bestimmung der Dichte eines Stoffes erfolgt mit speziellen Geräten und Instrumenten.

Um die Dichte eines Stoffes zu bestimmen, muss man die Masse seines Körpers durch sein eigenes Volumen dividieren. Bei der Berechnung der Dichte eines Stoffes werden folgende Werte verwendet:

Körpergewicht ($m$); Körpervolumen ($V$); Körperdichte ($ρ$)

Hinweis 1

$ρ$ ist ein Buchstabe des griechischen Alphabets „rho“ und sollte nicht mit einer ähnlichen Bezeichnung für Druck verwechselt werden – $p$ („peh“).

Formel für die Stoffdichte

Die Standardformel für die Dichte eines Stoffes lautet wie folgt:

Neben der Standardformel, die nur für Feststoffe verwendet wird, gibt es eine Formel für Gas unter Normalbedingungen:

$ρ = M / Vm$, wobei:

$M$ ist die Molmasse des Gases,
$Vm$ ist das Molvolumen des Gases.

Es gibt zwei Arten von Feststoffen:

porös;
Schüttgut.

Hinweis 2

Ihre physikalischen Eigenschaften wirken sich direkt auf die Dichte der Substanz aus.

Dichte homogener Körper

Definition 2

Die Dichte homogener Körper ist das Verhältnis der Masse eines Körpers zu seinem Volumen.

Dichte eines Körpers in festem Zustand;
Dichte eines Körpers im flüssigen Zustand;
Dichte eines Körpers im gasförmigen Zustand.

Es gibt viele Ausnahmefälle. Beispielsweise weist Silizium im erstarrten Zustand geringe Dichtewerte auf.

Messung der Dichte von Materie

Um die Dichte eines Stoffes effektiv zu messen, werden normalerweise spezielle Geräte verwendet. Es besteht aus:

Waage;
Messgerät in Form eines Lineals;
Messkolben.

Bei Gasen ist die Berechnung des Indikators sehr schwierig, da der Einsatz verschiedener Messgeräte erforderlich ist.

Die Körper um uns herum bestehen aus verschiedenen Substanzen: Eisen, Holz, Gummi usw. Die Masse eines jeden Körpers hängt nicht nur von seiner Größe ab, sondern auch von der Substanz, aus der er besteht. Körper gleichen Volumens, bestehend aus unterschiedlichen Stoffen, haben unterschiedliche Massen. Wenn wir beispielsweise zwei Zylinder aus unterschiedlichen Materialien – Aluminium und Blei – gewogen haben, werden wir feststellen, dass die Masse des Aluminiumzylinders geringer ist als die Masse des Bleizylinders.

Gleichzeitig haben Körper gleicher Masse, bestehend aus unterschiedlichen Stoffen, unterschiedliche Volumina. Somit nimmt ein Eisenbarren mit einem Gewicht von 1 Tonne ein Volumen von 0,13 m 3 ein, und Eis mit einem Gewicht von 1 Tonne nimmt ein Volumen von 1,1 m 3 ein. Das Volumen von Eis ist fast neunmal größer als das Volumen eines Eisenbarrens. Das heißt, verschiedene Stoffe können unterschiedliche Dichten haben.

Daraus folgt, dass Körper gleichen Volumens, bestehend aus unterschiedlichen Stoffen, unterschiedliche Massen haben.

Die Dichte gibt die Masse einer Substanz an, die in einem bestimmten Volumen enthalten ist. Das heißt, wenn die Masse eines Körpers und sein Volumen bekannt sind, kann die Dichte bestimmt werden. Um die Dichte einer Substanz zu ermitteln, müssen Sie die Masse des Körpers durch sein Volumen dividieren.

Die Dichte desselben Stoffes im festen, flüssigen und gasförmigen Zustand ist unterschiedlich.

Die Dichten einiger Feststoffe, Flüssigkeiten und Gase sind in Tabellen angegeben.

Dichten einiger Feststoffe (bei normalem Atmosphärendruck, t = 20 °C).

Solide

ρ , kg/m3

ρ , g/cm3

Solide

ρ , kg/m3

ρ , g/cm3

Fensterglas

Kiefer (trocken)

Plexiglas

Raffinierter Zucker

Polyethylen

Eiche (trocken)

Dichten einiger Flüssigkeiten (bei normalem Atmosphärendruck t = 20 °C).

Flüssig

ρ , kg/m3

ρ , g/cm3

Flüssig

ρ , kg/m3

ρ , g/cm3

Das Wasser ist sauber

Vollmilch

Sonnenblumenöl

Flüssiges Zinn (at T= 400°C)

Maschinenöl

Flüssige Luft (at T= -194°C)

DEFINITION

Dichte ist eine skalare physikalische Größe, die als Verhältnis der Masse eines Körpers zum Volumen, das er einnimmt, definiert ist.

Diese Größe wird üblicherweise mit dem griechischen Buchstaben r oder den lateinischen Buchstaben D und bezeichnet D. Als Maßeinheit für die Dichte wird im SI-System üblicherweise kg/m3 und im GHS g/cm3 angenommen.

Die Dichte kann mit der Formel berechnet werden:

Das Verhältnis der Masse eines gegebenen Gases zur Masse eines anderen Gases im gleichen Volumen, bei gleicher Temperatur und gleichem Druck wird als relative Dichte des ersten Gases zum zweiten bezeichnet.

Beispielsweise beträgt unter normalen Bedingungen die Masse von Kohlendioxid in einem Volumen von 1 Liter 1,98 g und die Masse von Wasserstoff im gleichen Volumen und unter den gleichen Bedingungen beträgt 0,09 g, woraus sich die Dichte von Kohlendioxid durch Wasserstoff ergibt sein: 1,98 / 0,09 = 22.

So berechnen Sie die Dichte eines Stoffes

Bezeichnen wir die relative Gasdichte m 1 / m 2 mit dem Buchstaben D. Dann

Daher ist die Molmasse eines Gases gleich seiner Dichte relativ zu einem anderen Gas, multipliziert mit der Molmasse des zweiten Gases.

Häufig werden die Dichten verschiedener Gase im Verhältnis zu Wasserstoff, dem leichtesten aller Gase, bestimmt. Da die Molmasse von Wasserstoff 2,0158 g/mol beträgt, lautet die Gleichung zur Berechnung der Molmassen in diesem Fall wie folgt:

oder, wenn wir die Molmasse von Wasserstoff auf 2 runden:

Wenn wir beispielsweise mit dieser Gleichung die Molmasse von Kohlendioxid berechnen, deren Dichte für Wasserstoff, wie oben angegeben, 22 beträgt, erhalten wir:

M(CO 2) = 2 × 22 = 44 g/mol.

Beispiele für Problemlösungen

BEISPIEL 1

Übung

Berechnen Sie das Wasservolumen und die Masse an Natriumchlorid NaCl, die zur Herstellung von 250 ml einer 0,7 M Lösung erforderlich sind. Nehmen Sie die Dichte der Lösung mit 1 g/cm an. Wie hoch ist der Massenanteil an Natriumchlorid in dieser Lösung?

Lösung

Eine molare Konzentration einer Lösung von 0,7 M bedeutet, dass 1000 ml Lösung 0,7 Mol Salz enthalten. Anschließend können Sie die Salzmenge in 250 ml dieser Lösung ermitteln:

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

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

Ermitteln wir die Masse von 0,175 Mol Natriumchlorid:

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.

Berechnen wir die Wassermasse, die erforderlich ist, um 250 ml 0,7 M Natriumchloridlösung zu erhalten:

r = m Lösung / V;

m Lösung = V ×r = 250 × 1 = 250 g.

m(H 2 O) = 250 - 10,2375 = 239,7625 g.

Antwort

Die Masse von Wasser beträgt 239,7625 g, das Volumen ist der gleiche Wert, da die Dichte von Wasser 1 g/cm beträgt

BEISPIEL 2

Übung

Berechnen Sie das Wasservolumen und die Masse an Kaliumnitrat KNO 3, die zur Herstellung von 150 ml einer 0,5 M Lösung erforderlich sind. Nehmen Sie die Dichte der Lösung mit 1 g/cm an. Wie hoch ist der Massenanteil an Kaliumnitrat in einer solchen Lösung?

Lösung

Eine molare Konzentration einer Lösung von 0,5 M bedeutet, dass 1000 ml Lösung 0,7 Mol Salz enthalten. Anschließend können Sie die Salzmenge in 150 ml dieser Lösung ermitteln:

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

n(KNO 3) = 150 × 0,5 / 1000 = 0,075 mol.

Ermitteln wir die Masse von 0,075 Mol Kaliumnitrat:

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

m(KNO 3) = n(KNO 3) × M(KNO 3);

m(KNO 3) = 0,075 × 154 = 11,55 g.

Berechnen wir die Wassermasse, die erforderlich ist, um 150 ml einer 0,5 M Kaliumnitratlösung zu erhalten:

r = m Lösung / V;

m Lösung = V ×r = 150 ×1 = 150 g.

m(H 2 O) = m Lösung - m(NaCl);

m(H 2 O) = 150 - 11,55 = 138,45 g.

Antwort

Die Masse des Wassers beträgt 138,45 g, das Volumen ist gleich groß, da die Dichte des Wassers 1 g/cm beträgt

Alles um uns herum besteht aus verschiedenen Stoffen. Schiffe und Badehäuser werden aus Holz gebaut, Bügeleisen und Feldbetten aus Eisen, Reifen auf Rädern und Radiergummis auf Bleistiften aus Gummi. Und verschiedene Gegenstände haben unterschiedliche Gewichte – eine saftige reife Melone vom Markt kann jeder von uns problemlos tragen, aber über ein gleich großes Gewicht müssen wir schwitzen.

Jeder erinnert sich an den berühmten Witz: „Was ist schwerer? Ein Kilogramm Nägel oder ein Kilogramm Flusen? Wir werden nicht länger auf diesen kindischen Trick hereinfallen, wir wissen, dass das Gewicht beider gleich sein wird, aber die Lautstärke deutlich unterschiedlich sein wird. Warum passiert das? Warum haben verschiedene Körper und Stoffe bei gleicher Größe unterschiedliche Gewichte? Oder umgekehrt, das gleiche Gewicht bei unterschiedlichen Größen? Offensichtlich gibt es bestimmte Merkmale, aufgrund derer sich Substanzen so stark voneinander unterscheiden. In der Physik wird diese Eigenschaft Dichte der Materie genannt und in der siebten Klasse gelehrt.

Dichte eines Stoffes: Definition und Formel

Die Definition der Dichte eines Stoffes lautet wie folgt: Die Dichte gibt an, wie viel Masse ein Stoff in einer Volumeneinheit hat, beispielsweise in einem Kubikmeter. Die Dichte von Wasser beträgt also 1000 kg/m3 und die von Eis 900 kg/m3, weshalb Eis leichter ist und sich im Winter auf Stauseen befindet. Das heißt, was zeigt uns in diesem Fall die Dichte der Materie? Eine Eisdichte von 900 kg/m3 bedeutet, dass ein Eiswürfel mit einer Seitenlänge von 1 Meter 900 kg wiegt. Und die Formel zur Bestimmung der Dichte eines Stoffes lautet wie folgt: Dichte = Masse/Volumen. Die in diesem Ausdruck enthaltenen Größen werden wie folgt bezeichnet: Masse – m, Volumen des Körpers – V und Dichte wird mit dem Buchstaben ρ (griechischer Buchstabe „rho“) bezeichnet. Und die Formel kann wie folgt geschrieben werden:

So ermitteln Sie die Dichte einer Substanz

Wie finde oder berechne ich die Dichte eines Stoffes? Dazu müssen Sie Körpervolumen und Körpergewicht kennen. Das heißt, wir messen den Stoff, wiegen ihn und setzen dann einfach die erhaltenen Daten in die Formel ein und ermitteln den benötigten Wert. Und wie die Dichte eines Stoffes gemessen wird, geht aus der Formel hervor. Sie wird in Kilogramm pro Kubikmeter gemessen. Manchmal verwenden sie auch einen Wert wie Gramm pro Kubikzentimeter. Das Umrechnen eines Werts in einen anderen ist sehr einfach. 1 g = 0,001 kg und 1 cm3 = 0,000001 m3. Dementsprechend ist 1 g/(cm)^3 =1000kg/m^3. Es ist auch zu bedenken, dass die Dichte eines Stoffes in verschiedenen Aggregatzuständen unterschiedlich ist. Das heißt, in fester, flüssiger oder gasförmiger Form. Die Dichte von Feststoffen ist meist höher als die Dichte von Flüssigkeiten und viel höher als die Dichte von Gasen. Eine für uns vielleicht sehr nützliche Ausnahme ist Wasser, das, wie wir bereits betrachtet haben, im festen Zustand weniger wiegt als im flüssigen Zustand. Aufgrund dieser seltsamen Eigenschaft des Wassers ist Leben auf der Erde möglich. Wie wir wissen, hat das Leben auf unserem Planeten seinen Ursprung in den Ozeanen. Und wenn sich Wasser wie alle anderen Stoffe verhalten würde, dann würde das Wasser in den Meeren und Ozeanen durchfrieren, das Eis, das schwerer als Wasser ist, würde auf den Boden sinken und dort liegen bleiben, ohne zu schmelzen. Und nur am Äquator, in einer kleinen Wassersäule, würde Leben in Form mehrerer Bakterienarten existieren. So können wir dem Wasser für unsere Existenz danken.