Az anyag sűrűségének képlete. Relatív sűrűség képletek

Miután a diákok megismerkedtek az anyagok tömegének és térfogatának fogalmával a fizikában, minden test fontos jellemzőjét tanulmányozzák, amelyet sűrűségnek neveznek. Az alábbi cikk erre az értékre vonatkozik. A sűrűség fizikai jelentésének kérdéseit az alábbiakban tárjuk fel. A sűrűség képletet is megadjuk. A kísérleti mérés módszereit ismertetjük.

A sűrűség fogalma

Kezdjük a cikket az anyag sűrűségképletének közvetlen rögzítésével. A következő formában van:

6 = m / V.

Itt m a kérdéses test tömege. Az SI rendszerben kilogrammban fejezik ki. A feladatokban és a gyakorlatban más mértékegységeket is találhat, például grammot vagy tonnát.

A képletben szereplő V szimbólum azt a térfogatot jelzi, amely a test geometriai paramétereit jellemzi. Ezt si-ben mérik köbméterben, azonban köbkilométerben, literben, milliliterben stb. is használják. Az.

a sűrűség képlet megmutatja, hogy az anyag tömege egységnyi térfogatban van. A p érték segítségével meg lehet becsülni, hogy a két test közül melyiknek lesz nagyobb súlya egyenlő térfogattal, vagy a két test közül melyiknek lesz nagyobb térfogata egyenlő tömeggel. Például a fa kevésbé sűrű, mint a vas. Ezért ezen anyagok azonos térfogatával a vas tömege jelentősen meghaladja a fa azonos értékét.

A relatív sűrűség fogalma

Ennek az értéknek a neve azt sugallja, hogy az egyik test vizsgált értékét a másik hasonló jellemzőjéhez viszonyítva kell figyelembe venni. A relatív sűrűség képlete p_r a következő formában van:

p_r = p_s / p₀.

Ahol p_s - a mért anyag sűrűsége, p₀ - az a sűrűség, amelyhez viszonyítva az érték p_{r mért}. Magától értetődően, p_r dimenzió nélküli. Megmutatja, hogy a mért anyag hányszor sűrűbb, mint a kiválasztott szabvány.

Folyadékok és szilárd anyagok esetében , ezt az értéket választják standard p0 hőmérsékleten desztillált vízhez ^{a 4 o}C. ezen a hőmérséklet víz maximális sűrűsége van, ami a számításokhoz megfelelő érték-1000 kg / m³ vagy 1 kg / l.

Gázrendszerek esetében szokásos a levegő sűrűsége légköri nyomáson és hőmérsékleten 0 ^oC mint szabvány.

a sűrűség függ a nyomástól és a hőmérséklettől

A vizsgált érték nem állandó egy adott test esetében, ha hőmérséklete vagy külső nyomása megváltozik. Mindazonáltal a folyadékok és szilárd anyagok sok esetben összenyomhatatlanok, Vagyis sűrűségük állandó marad a nyomásváltozáskor, valamint a hőmérséklet változásakor.

A nyomás hatása a következőképpen nyilvánul meg: amikor növekszik, az átlagos interatomikus és intermolekuláris távolságok csökkennek, ami növeli az anyag móljainak számát egységnyi térfogatra. Tehát a sűrűség növekszik. A gázok esetében a nyomás egyértelműen befolyásolja a vizsgált jellemzőt.

A hőmérsékletnek a nyomással ellentétes hatása van. A hőmérséklet növekedésével az anyagrészecskék kinetikus energiája növekszik, aktívabban mozognak, ami a köztük lévő átlagos távolságok növekedéséhez vezet. Ez utóbbi tény a sűrűség csökkenéséhez vezet.

Ez a hatás ismét világosabban megfigyelhető a gázok, mint a folyadékok és szilárd anyagok esetében. Kivétel van a fenti szabály alól-ez a víz. Kísérletileg megállapítottuk, hogy a 0-4 hőmérsékleti tartományban ^oC, sűrűsége melegítéssel növekszik.

Homogén és heterogén testek

A fent írt sűrűségképlet megfelel a kérdéses test úgynevezett átlagos p-jének. Ha kis mennyiséget osztunk ki benne, akkor a számított érték_{vagy pi} jelentősen eltérhet az előző értéktől. Ez a tény a tömeg térfogat szerinti inhomogén eloszlásának jelenlétével függ össze. Ebben az esetben az_i úgynevezett helyi.

Figyelembe véve az anyag heterogén eloszlásának kérdését, érdekesnek tűnik egy pont tisztázása. Amikor az atomskálákhoz közeli elemi térfogatot vesszük figyelembe, megsértik a közeg folytonosságának fogalmát, ami azt jelenti, hogy nincs értelme a helyi sűrűség jellemzőjét használni. Ismeretes, hogy egy atom szinte teljes tömege koncentrálódik a magjában, amelynek sugara körülbelül 10^-13 méter. A mag sűrűségét egy hatalmas szám becsüli. Ez 2.3*10¹⁷ kg / m3.

Sűrűségmérés

A fentiekben megmutattuk, hogy a képlet szerint a sűrűség megegyezik a tömeg / térfogat arányával. Ez a tény lehetővé teszi a megadott jellemző meghatározását a test egyszerű mérésével és geometriai paramétereinek mérésével.

Ha a test alakja nagyon összetett, akkor a hidrosztatikus mérés univerzális módszer a sűrűség meghatározására. Az archimedeai hatalom használatán alapul. A módszer lényege egyszerű. Először a testet megmérik a levegőben, majd a vízben. A tömegkülönbséget egy ismeretlen sűrűség kiszámításához használják. Ehhez használja a következő képletet:

p = p_l * P₀ / (P₀ - P_l),

ahol P₀, P_l - a test súlya levegőben és folyadékban. Ennek megfelelően p_l - a folyadék sűrűsége.

A hidrosztatikus mérés módszerét a sűrűség meghatározására a legenda szerint először a Syracuse Archimedes filozófus használta. A korona fizikai integritásának megsértése nélkül képes volt megállapítani, hogy nem csak aranyat használtak a gyártásához, hanem más kevésbé sűrű fémeket is.