Formula gostote snovi. Formule relativne gostote

2024 Avtor: Angel Austin | [email protected]. Nazadnje spremenjeno: 2024-01-02 17:55

Ko so se učenci seznanili s pojmom mase in prostornine snovi v fiziki, preučijo pomembno lastnost vsakega telesa, ki se imenuje gostota. Spodnji članek je posvečen tej vrednosti. Spodaj so razkrita vprašanja fizičnega pomena gostote. Navedena je tudi formula gostote. Opisane so metode za njegovo eksperimentalno merjenje.

Koncept gostote

Začnimo članek z neposrednim zapisom formule za gostoto snovi. Izgleda takole:

ρ=m / V.

Tukaj je m masa obravnavanega telesa. Izraža se v sistemu SI v kilogramih. V nalogah in v praksi lahko najdete tudi druge merske enote, na primer grame ali tone.

Simbol V v formuli označuje prostornino, ki označuje geometrijske parametre telesa. Meri se v SI v kubičnih metrih, vendar se uporabljajo tudi kubični kilometri, litri, mililitri itd.

Formula za gostoto kaže, kakšno maso snovi vsebuje enotaglasnost. Z uporabo vrednosti ρ lahko ocenimo, katero od dveh teles bo imelo večjo težo z enakimi prostorninami ali katero od obeh teles bo imelo večji volumen z enakimi masami. Les je na primer manj gost od železa. Zato bo pri enakih količinah teh snovi masa železa znatno presegla enako vrednost za drevo.

Koncept relativne gostote

Samo ime te količine nakazuje, da bo preučevana vrednost za eno telo obravnavana glede na podobno značilnost za drugo. Formula za relativno gostoto ρ_{r izgleda takole:}

ρ_r=ρ_s / ρ_0.

Kjer je ρ_s gostota merjenega materiala, ρ₀ je gostota, glede na katero je vrednost ρ _{r se meri} . Očitno je ρ_{r brez dimenzij. Kaže, kolikokrat je izmerjena snov gostejša od izbranega standarda.}

Za tekočine in trdne snovi standardno ρ₀ izberite to vrednost za destilirano vodo pri temperaturi 4 ^oC. Pri tej temperaturi ima voda največjo gostoto, kar je priročna vrednost za izračune - 1000 kg/m^{3 ali 1 kg/l.}

Za plinske sisteme je običajna uporaba gostote zraka pri atmosferskem tlaku in temperaturi 0 kot standard oC.

Odvisnost gostote od tlaka in temperature

Proučevana vrednost ni konstantna za določeno telo,če spremenite njegovo temperaturo ali zunanji tlak. Vendar pa so tekočine in trdne snovi v mnogih situacijah nestisljive, kar pomeni, da njihova gostota ostane nespremenjena, ko se spreminja tlak in temperatura.

Vpliv tlaka se kaže takole: ko se poveča, se zmanjšajo povprečne medatomske in medmolekularne razdalje, kar poveča število molov snovi na enoto prostornine. Torej se gostota povečuje. Jasen vpliv tlaka na preučevano karakteristiko je opazen pri plinih.

Temperatura ima nasproten učinek tlaka. S povečanjem temperature se kinetična energija delcev snovi poveča, začnejo se bolj aktivno premikati, kar vodi do povečanja povprečnih razdalj med njimi. Zadnje dejstvo vodi do zmanjšanja gostote.

Spet je ta učinek bolj izrazit pri plinih kot pri tekočinah in trdnih snoveh. Od tega pravila obstaja izjema - to je voda. Eksperimentalno je bilo ugotovljeno, da se v temperaturnem območju 0-4 oС njegova gostota s segrevanjem povečuje.

Homogena in nehomogena telesa

Zgoraj zapisana formula za gostoto ustreza tako imenovanemu povprečju ρ za obravnavano telo. Če vanj dodelimo nekaj majhnega volumna, se lahko izračunana vrednost ρ_i močno razlikuje od prejšnje vrednosti. To dejstvo je povezano s prisotnostjo neenakomerne porazdelitve mase po prostornini. V tem primeru gostotaρ_{i se imenuje lokalno.}

Glede na vprašanje neenakomerne porazdelitve snovi se zdi zanimivo razjasniti eno točko. Ko začnemo obravnavati elementarni volumen blizu atomske lestvice, se krši koncept kontinuitete medija, kar pomeni, da ni smiselno uporabljati značilnosti lokalne gostote. Znano je, da je skoraj celotna masa atoma koncentrirana v njegovem jedru, katerega polmer je približno 10^-13 metrov. Gostota jedra je ocenjena z ogromno številko. To je 2, 310¹⁷ kg/m^3.

Meritev gostote

Zgoraj je bilo prikazano, da je v skladu s formulo gostota enaka razmerju med maso in prostornino. To dejstvo nam omogoča, da določimo določeno lastnost s preprostim tehtanjem telesa in merjenjem njegovih geometrijskih parametrov.

Če je oblika telesa zelo zapletena, bo univerzalna metoda za določanje gostote hidrostatično tehtanje. Temelji na uporabi Arhimedove sile. Bistvo metode je preprosto. Telo najprej stehtamo v zraku in nato v vodi. Razlika v teži se uporablja za izračun neznane gostote. Če želite to narediti, uporabite naslednjo formulo:

ρ=ρ_l P₀ / (P₀ - P l_),

kjer je P₀, P_l - telesna teža v zraku in tekočini. V skladu s tem je ρ_{l gostota tekočine.}

Metodo hidrostatičnega tehtanja za določanje gostote je po legendi prvi uporabil filozof iz SirakuzeArhimed. Brez kršitve fizične celovitosti krone je lahko ugotovil, da je bilo za njeno izdelavo uporabljeno ne samo zlato, ampak tudi druge manj goste kovine.