Wat wordt dichtheid genoemd en hoe wordt deze gemeten? Hoe wordt de dichtheid van een materiaal gemeten? Dichtheid van verschillende materialen

Figuur 1. Tabel met dichtheden van sommige stoffen. Author24 - online uitwisseling van studentenwerk

Alle lichamen in de wereld om ons heen hebben verschillende maten en volumes. Maar zelfs met dezelfde volumetrische gegevens zal de massa van stoffen aanzienlijk verschillen. In de natuurkunde wordt dit fenomeen de dichtheid van materie genoemd.

Dichtheid is een fysiek basisconcept dat een idee geeft van de kenmerken van elke bekende stof.

Definitie 1

De dichtheid van een stof is een fysieke grootheid die de massa van een bepaalde stof per volume-eenheid weergeeft.

De volume-eenheden in termen van de dichtheid van een stof zijn meestal de kubieke meter of kubieke centimeter. Bepaling van de dichtheid van een stof wordt uitgevoerd met behulp van speciale apparatuur en instrumenten.

Om de dichtheid van een stof te bepalen, is het noodzakelijk om de massa van zijn lichaam te delen door zijn eigen volume. Bij het berekenen van de dichtheid van een stof worden de volgende waarden gebruikt:

lichaamsgewicht ($m$); lichaamsvolume ($V$); lichaamsdichtheid ($ρ$)

Opmerking 1

$ρ$ is een letter van het Griekse alfabet "rho" en moet niet worden verward met een soortgelijke aanduiding voor druk - $p$ ("peh").

Formule voor stofdichtheid

De dichtheid van een stof wordt berekend met behulp van het SI-meetsysteem. Daarin worden dichtheidseenheden uitgedrukt in kilogram per kubieke meter of gram per kubieke centimeter. U kunt ook elk meetsysteem gebruiken.

Een stof heeft verschillende dichtheidsgraden als deze zich in verschillende aggregatietoestanden bevindt. Met andere woorden: de dichtheid van een stof in vaste toestand zal anders zijn dan de dichtheid van dezelfde stof in vloeibare of gasvormige toestand. Water heeft bijvoorbeeld in zijn normale vloeibare toestand een dichtheid van 1000 kilogram per kubieke meter. In bevroren toestand heeft water (ijs) al een dichtheid van 900 kilogram per kubieke meter. Waterdamp bij normale atmosferische druk en een temperatuur van bijna nul graden zal een dichtheid hebben van 590 kilogram per kubieke meter.

De standaardformule voor de dichtheid van een stof is als volgt:

Naast de standaardformule, die alleen voor vaste stoffen wordt gebruikt, bestaat er een formule voor gas onder normale omstandigheden:

$ρ = M / Vm$, waarbij:

$M$ is de molaire massa van het gas,
$Vm$ is het molaire volume van het gas.

Er zijn twee soorten vaste stoffen:

poreus;
bulk.

Opmerking 2

Hun fysieke kenmerken hebben rechtstreeks invloed op de dichtheid van de substantie.

Dichtheid van homogene lichamen

Definitie 2

De dichtheid van homogene lichamen is de verhouding tussen de massa van een lichaam en zijn volume.

Het concept van dichtheid van een stof omvat de definitie van de dichtheid van een homogeen en uniform verdeeld lichaam met een heterogene structuur, dat uit deze stof bestaat. Dit is een constante waarde en voor een beter begrip van de informatie worden speciale tabellen gevormd waarin alle gangbare stoffen worden verzameld. De waarden voor elke stof zijn onderverdeeld in drie componenten:

dichtheid van een lichaam in vaste toestand;
dichtheid van een lichaam in vloeibare toestand;
dichtheid van een lichaam in gasvormige toestand.

Water is een redelijk homogene substantie. Sommige stoffen zijn niet zo homogeen, daarom wordt de gemiddelde dichtheid van het lichaam voor hen bepaald. Om deze waarde af te leiden, is het noodzakelijk om voor elke component afzonderlijk het resultaat ρ van de stof te kennen. Losse en poreuze lichamen hebben een echte dichtheid. Het wordt bepaald zonder rekening te houden met de holtes in de structuur. Het soortelijk gewicht kan worden berekend door de massa van een stof te delen door het gehele volume dat deze inneemt.

Soortgelijke waarden zijn aan elkaar gerelateerd door de porositeitscoëfficiënt. Het vertegenwoordigt de verhouding tussen het volume van de holtes en het totale volume van het lichaam dat momenteel wordt onderzocht.

De dichtheid van stoffen hangt van veel aanvullende factoren af. Een aantal van hen verhoogt tegelijkertijd deze waarde voor sommige stoffen en verlaagt deze voor andere. Bij lage temperaturen neemt de dichtheid van de stof toe. Sommige stoffen kunnen op verschillende manieren reageren op temperatuurveranderingen. In dit geval is het gebruikelijk om te zeggen dat de dichtheid zich abnormaal gedraagt bij een bepaald temperatuurbereik. Dergelijke stoffen omvatten vaak brons, water, gietijzer en enkele andere legeringen. De dichtheid van water is het grootst bij 4 graden Celsius. Bij verdere verwarming of koeling kan deze indicator ook aanzienlijk veranderen.

Metamorfoses met de dichtheid van water vinden plaats tijdens de overgang van de ene aggregatietoestand naar de andere. De indicator ρ verandert in deze gevallen abrupt zijn waarden. Het neemt geleidelijk toe tijdens de overgang naar een vloeistof vanuit een gasvormige toestand, evenals op het moment van kristallisatie van de vloeistof.

Er zijn veel uitzonderlijke gevallen. Silicium heeft bijvoorbeeld lage dichtheidswaarden wanneer het gestold is.

Het meten van de dichtheid van materie

Om de dichtheid van een stof effectief te meten, wordt meestal speciale apparatuur gebruikt. Het bestaat uit:

schubben;
meetinstrument in de vorm van een liniaal;
maatkolf.

Als de onderzochte stof zich in vaste toestand bevindt, wordt een maat in de vorm van een centimeter als meetinstrument gebruikt. Als de onderzochte stof zich in een vloeibare aggregaattoestand bevindt, wordt voor metingen een maatkolf gebruikt.

Eerst moet u uw lichaamsvolume meten met een centimeter of maatkolf. De onderzoeker observeert de meetschaal en registreert het resulterende resultaat. Als een kubusvormige houten balk wordt onderzocht, is de dichtheid gelijk aan de waarde van de zijde tot de derde macht. Bij het bestuderen van een vloeistof moet bovendien rekening worden gehouden met de massa van het vat waarmee wordt gemeten. De verkregen waarden moeten worden vervangen door de universele formule voor de dichtheid van de stof en de indicator moet worden berekend.

Voor gassen is het berekenen van de indicator erg moeilijk, omdat het nodig is om verschillende meetinstrumenten te gebruiken.

Meestal wordt een hydrometer gebruikt om de dichtheid van stoffen te berekenen. Het is ontworpen om resultaten uit vloeistoffen te verkrijgen. De werkelijke dichtheid wordt bestudeerd met behulp van een pyknometer. De bodems worden onderzocht met behulp van Kaczynski- en Seidelman-boren.

Figuur 1. Tabel met dichtheden van sommige stoffen. Author24 - online uitwisseling van studentenwerk

Dichtheid is een fysiek basisconcept dat een idee geeft van de kenmerken van elke bekende stof.

Definitie 1

De dichtheid van een stof is een fysieke grootheid die de massa van een bepaalde stof per volume-eenheid weergeeft.

lichaamsgewicht ($m$); lichaamsvolume ($V$); lichaamsdichtheid ($ρ$)

Opmerking 1

$ρ$ is een letter van het Griekse alfabet "rho" en moet niet worden verward met een soortgelijke aanduiding voor druk - $p$ ("peh").

Formule voor stofdichtheid

De standaardformule voor de dichtheid van een stof is als volgt:

Naast de standaardformule, die alleen voor vaste stoffen wordt gebruikt, bestaat er een formule voor gas onder normale omstandigheden:

$ρ = M / Vm$, waarbij:

$M$ is de molaire massa van het gas,
$Vm$ is het molaire volume van het gas.

Er zijn twee soorten vaste stoffen:

poreus;
bulk.

Opmerking 2

Hun fysieke kenmerken hebben rechtstreeks invloed op de dichtheid van de substantie.

Dichtheid van homogene lichamen

Definitie 2

De dichtheid van homogene lichamen is de verhouding tussen de massa van een lichaam en zijn volume.

dichtheid van een lichaam in vaste toestand;
dichtheid van een lichaam in vloeibare toestand;
dichtheid van een lichaam in gasvormige toestand.

Er zijn veel uitzonderlijke gevallen. Silicium heeft bijvoorbeeld lage dichtheidswaarden wanneer het gestold is.

Het meten van de dichtheid van materie

Om de dichtheid van een stof effectief te meten, wordt meestal speciale apparatuur gebruikt. Het bestaat uit:

schubben;
meetinstrument in de vorm van een liniaal;
maatkolf.

Voor gassen is het berekenen van de indicator erg moeilijk, omdat het nodig is om verschillende meetinstrumenten te gebruiken.

De lichamen om ons heen bestaan uit verschillende stoffen: ijzer, hout, rubber, enz. De massa van elk lichaam hangt niet alleen af van de grootte, maar ook van de substantie waaruit het bestaat. Lichamen met hetzelfde volume, bestaande uit verschillende stoffen, hebben verschillende massa's. Als we bijvoorbeeld twee cilinders van verschillende stoffen hebben gewogen: aluminium en lood, zullen we zien dat de massa van de aluminium cilinder kleiner is dan de massa van de loden cilinder.

Tegelijkertijd hebben lichamen met dezelfde massa, bestaande uit verschillende stoffen, verschillende volumes. Een ijzeren staaf met een gewicht van 1 ton neemt dus een volume in beslag van 0,13 m 3, en ijs met een gewicht van 1 ton neemt een volume in beslag van 1,1 m 3. Het volume van ijs is bijna 9 keer groter dan het volume van een ijzeren staaf. Dat wil zeggen dat verschillende stoffen verschillende dichtheden kunnen hebben.

Hieruit volgt dat lichamen met hetzelfde volume, bestaande uit verschillende stoffen, verschillende massa's hebben.

De dichtheid toont de massa van een stof die in een bepaald volume wordt ingenomen. Dat wil zeggen: als de massa van een lichaam en het volume ervan bekend zijn, kan de dichtheid worden bepaald. Om de dichtheid van een stof te vinden, moet je de massa van een lichaam delen door het volume.

De dichtheid van dezelfde stof in vaste, vloeibare en gasvormige toestand is verschillend.

De dichtheden van sommige vaste stoffen, vloeistoffen en gassen worden in tabellen gegeven.

Dichtheden van sommige vaste stoffen (bij normale atmosferische druk, t = 20 ° C).

Stevig

ρ , kg/m3

ρ , g/cm3

Stevig

ρ , kg/m3

ρ , g/cm3

Vensterglas

Den (droog)

Plexiglas

Geraffineerde suiker

Polyethyleen

Eiken (droog)

Dichtheden van sommige vloeistoffen (bij normale atmosferische druk t = 20 ° C).

Vloeistof

ρ , kg/m3

ρ , g/cm3

Vloeistof

ρ , kg/m3

ρ , g/cm3

Het water is schoon

Volle melk

Zonnebloemolie

Vloeibaar tin (at T= 400°C)

Machine-olie

Vloeibare lucht (bij T= -194°C)

DEFINITIE

Dikte is een scalaire fysieke grootheid, die wordt gedefinieerd als de verhouding tussen de massa van een lichaam en het volume dat het inneemt.

Deze hoeveelheid wordt meestal aangegeven met de Griekse letter r of de Latijnse letters D en D. De meeteenheid voor dichtheid wordt in het SI-systeem doorgaans beschouwd als kg/m3, en in het GHS - g/cm3.

De dichtheid kan worden berekend met de formule:

De verhouding van de massa van een bepaald gas tot de massa van een ander gas in hetzelfde volume, bij dezelfde temperatuur en dezelfde druk wordt de relatieve dichtheid van het eerste gas tot het tweede genoemd.

Onder normale omstandigheden is de massa kooldioxide in een volume van 1 liter bijvoorbeeld 1,98 g, en de massa waterstof in hetzelfde volume en onder dezelfde omstandigheden is 0,09 g, waaruit de dichtheid van kooldioxide door waterstof zal zijn: 1,98 / 0, 09 = 22.

Hoe de dichtheid van een stof te berekenen

Laten we de relatieve gasdichtheid m 1 / m 2 aangeven met de letter D. Dan

Daarom is de molaire massa van een gas gelijk aan de dichtheid ervan ten opzichte van een ander gas, vermenigvuldigd met de molaire massa van het tweede gas.

Vaak worden de dichtheden van verschillende gassen bepaald in relatie tot waterstof, het lichtste van alle gassen. Aangezien de molaire massa van waterstof 2,0158 g/mol bedraagt, heeft de vergelijking voor het berekenen van de molaire massa in dit geval de volgende vorm:

of, als we de molaire massa van waterstof afronden op 2:

Als we bijvoorbeeld met behulp van deze vergelijking de molaire massa van kooldioxide berekenen, waarvan de dichtheid voor waterstof, zoals hierboven aangegeven, 22 is, vinden we:

M(CO2) = 2 × 22 = 44 g/mol.

Voorbeelden van probleemoplossing

VOORBEELD 1

Oefening

Bereken het volume water en de massa natriumchloride-NaCl die nodig zijn om 250 ml van een 0,7 M-oplossing te bereiden. Neem de dichtheid van de oplossing gelijk aan 1 g/cm. Wat is de massafractie natriumchloride in deze oplossing?

Oplossing

Een molaire concentratie van een oplossing gelijk aan 0,7 M geeft aan dat 1000 ml oplossing 0,7 mol zout bevat. Vervolgens kunt u de hoeveelheid zout in 250 ml van deze oplossing achterhalen:

n(NaCl) = V-oplossing (NaCl) × CM (NaCl);

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

Laten we de massa van 0,175 mol natriumchloride vinden:

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.

Laten we de massa water berekenen die nodig is om 250 ml 0,7 M natriumchlorideoplossing te verkrijgen:

r = m oplossing / V;

m-oplossing = V ×r = 250 × 1 = 250 g.

m(H2O) = 250 - 10,2375 = 239,7625 g.

Antwoord

De massa van water is 239,7625 g, het volume is dezelfde waarde, aangezien de dichtheid van water 1 g/cm3 is

VOORBEELD 2

Oefening

Bereken het volume water en de massa kaliumnitraat KNO 3 die nodig zijn om 150 ml van een 0,5 M-oplossing te bereiden. Neem de dichtheid van de oplossing gelijk aan 1 g/cm. Wat is de massafractie kaliumnitraat in een dergelijke oplossing?

Oplossing

Een molaire concentratie van een oplossing gelijk aan 0,5 M geeft aan dat 1000 ml oplossing 0,7 mol zout bevat. Vervolgens kunt u de hoeveelheid zout in 150 ml van deze oplossing achterhalen:

n(KNO 3) = V-oplossing (KNO 3) × CM (KNO 3);

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

Laten we de massa van 0,075 mol kaliumnitraat vinden:

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.

Laten we de watermassa berekenen die nodig is om 150 ml van een 0,5 M oplossing van kaliumnitraat te verkrijgen:

r = m oplossing / V;

m-oplossing = V ×r = 150 ×1 = 150 g.

m(H 2 O) = m oplossing - m(NaCl);

m(H2O) = 150 - 11,55 = 138,45 g.

Antwoord

De massa van water is 138,45 g, het volume is dezelfde waarde, aangezien de dichtheid van water 1 g/cm is

Alles om ons heen bestaat uit verschillende stoffen. Schepen en badhuizen zijn van hout gebouwd, strijkijzers en kinderbedden zijn van ijzer, banden op wielen en gummen op potloden zijn van rubber. En verschillende voorwerpen hebben verschillende gewichten - ieder van ons kan gemakkelijk een sappige, rijpe meloen van de markt dragen, maar we zullen moeten zweten over een gewicht van dezelfde grootte.

Iedereen herinnert zich de beroemde grap: “Wat is zwaarder? Een kilo spijkers of een kilo pluisjes? We zullen niet langer vallen voor deze kinderachtige truc, we weten dat het gewicht van beide hetzelfde zal zijn, maar het volume zal aanzienlijk verschillen. Dus waarom gebeurt dit? Waarom hebben verschillende lichamen en stoffen verschillende gewichten met dezelfde grootte? Of andersom, hetzelfde gewicht met verschillende maten? Het is duidelijk dat er een kenmerk is waardoor stoffen zo van elkaar verschillen. In de natuurkunde wordt dit kenmerk de dichtheid van materie genoemd en wordt onderwezen in de zevende klas.

Dichtheid van een stof: definitie en formule

De definitie van de dichtheid van een stof is als volgt: dichtheid geeft aan wat de massa van een stof is in een volume-eenheid, bijvoorbeeld in één kubieke meter. De dichtheid van water is dus 1000 kg/m3 en ijs 900 kg/m3. Daarom is ijs lichter en bevindt het zich in de winter bovenop reservoirs. Dat wil zeggen: wat laat de dichtheid van de materie ons in dit geval zien? Een ijsdichtheid van 900 kg/m3 betekent dat een ijsblokje met zijden van 1 meter 900 kg weegt. En de formule voor het bepalen van de dichtheid van een stof is als volgt: dichtheid = massa/volume. De hoeveelheden in deze uitdrukking worden als volgt aangegeven: massa - m, volume van het lichaam - V, en dichtheid wordt aangegeven met de letter ρ (Griekse letter "rho"). En de formule kan als volgt worden geschreven:

Hoe de dichtheid van een stof te vinden

Hoe vind of bereken je de dichtheid van een stof? Om dit te doen, moet u het lichaamsvolume en het lichaamsgewicht kennen. Dat wil zeggen, we meten de stof, wegen deze en vervangen dan eenvoudigweg de verkregen gegevens in de formule en vinden de waarde die we nodig hebben. En hoe de dichtheid van een stof wordt gemeten, blijkt duidelijk uit de formule. Het wordt gemeten in kilogram per kubieke meter. Soms gebruiken ze ook een waarde zoals gram per kubieke centimeter. Het omzetten van de ene waarde naar de andere is heel eenvoudig. 1 g = 0,001 kg en 1 cm3 = 0,000001 m3. Dienovereenkomstig is 1 g/(cm)^3 =1000kg/m^3. Er moet ook aan worden herinnerd dat de dichtheid van een stof verschillend is in verschillende aggregatietoestanden. Dat wil zeggen in vaste, vloeibare of gasvormige vorm. De dichtheid van vaste stoffen is meestal hoger dan de dichtheid van vloeistoffen en veel hoger dan de dichtheid van gassen. Misschien is een zeer nuttige uitzondering voor ons water, dat, zoals we al hebben overwogen, in vaste toestand minder weegt dan in vloeibare toestand. Het is vanwege deze vreemde eigenschap van water dat leven mogelijk is op aarde. Het leven op onze planeet is, zoals we weten, afkomstig uit de oceanen. En als water zich zou gedragen zoals alle andere stoffen, dan zou het water in de zeeën en oceanen bevriezen, het ijs, dat zwaarder is dan water, naar de bodem zinken en daar blijven liggen zonder te smelten. En alleen op de evenaar, in een kleine waterkolom, zou leven bestaan in de vorm van verschillende soorten bacteriën. We kunnen het water dus bedanken voor ons bestaan.