تطفو المواد أو تغرق بناءً على الكثافة. نظرًا لأن مكعبات الثلج أقل كثافة بقليل من الماء ، فإن مكعبات الثلج تطفو في الماء. نظرًا لأن الفولاذ أقل كثافة من الزئبق ولكنه أكثر كثافة من الماء ، فإن محمل كروي فولاذي يطفو في الزئبق السائل ولكنه يغرق في الماء. يبدأ فهم الكثافة بفهم كيفية حسابها.
تعريف الكثافة والصيغة
الكثافة هي نسبة الكتلة إلى حجم شيء ما ، وعلى هذا النحو ، فإن الكثافة هي قيمة محسوبة وليست قيمة مُقاسة. يتطلب إيجاد الكثافة قياس كلٍّ من كتلة الجسم وحجمه. تستخدم الكثافة لوصف المواد الصلبة والسوائل والغازات.
معادلة الكثافة في الكيمياء هي الكثافة تساوي الكتلةممقسومًا على الحجمالخامس. قد يتم تمثيل الكثافة بواسطةدأو بالحرف اليوناني rho (ρ) ، لذلك يمكن كتابة الصيغة على النحو التالي:
D = \ frac {M} {V} \\ \ text {or} \؛ ρ = \ frac {M} {V}
في الجيولوجيا ، تُستخدم الجاذبية النوعية أكثر من الكثافة ، لكن الاثنين مرتبطان ارتباطًا وثيقًا. تتكون الثقل النوعي من كثافة الجسم مقسومة على كثافة الماء (1.0 جم / سم3) ، ينتج عنها قيمة بلا أبعاد.
وحدات الكثافة
بالنسبة للمواد الصلبة ، عادةً ما يتم الإبلاغ عن وحدات الكثافة في النظام المتري كجرام (كتلة) لكل سنتيمتر مكعب (حجم) مكتوب بالصيغة g / cm
أقل شيوعًا ، يمكن الإبلاغ عن الكثافة على أنها رطل (كتلة) لكل قدم مكعب (حجم) ، مكتوبًا بالرطل / قدم3، رطل لكل بوصة مكعبة (lb / in3) أو رطل لكل ياردة مكعبة (lb / yd3).
بالنسبة للسوائل ، يتم الإبلاغ عن الكثافة بشكل أكثر شيوعًا كجرام لكل مليلتر (جم / مل) ، بينما يتم الإبلاغ عن كثافة الغاز عادةً كجرام لكل لتر (جم / لتر). تتغير كثافات السائل والغاز مع الضغط ودرجة الحرارة ، ومع ذلك ، سيتم الإبلاغ عنها بشكل عام من حيث الضغط القياسي (جو واحد) ودرجة الحرارة (25 درجة مئوية للسوائل و 0 درجة مئوية للغازات).
قياس الكتلة
يتطلب إيجاد كتلة المواد الصلبة استخدام ميزان ثلاثي الشعاع أو مقياس إلكتروني يقيس الكتلة. ضع العينة على الدرج ، ثم اتبع الإجراء الخاص بالأداة للعثور على الكتلة. إذا كنت تقيس كتلة مسحوق أو سائل ، فعليك أولاً العثور على كتلة الحاوية ، ثم إضافة المسحوق أو السائل وقياس الكتلة الكلية ، قبل طرح كتلة الحاوية.
قياس الحجم
يتطلب العثور على حجم مضلع منتظم قياس أبعاد الشكل الصلب والبحث عن صيغة الشكل. على سبيل المثال ، كتلة مستطيلة بقياس 10 سم في 5 سم في 2 سم بحجم 10 × 5 × 2 أو 100 سم مكعب.
البحث عن حجم المواد الصلبة غير المنتظمة يستخدم مبدأ أرخميدس في الإزاحة. قم بقياس كمية معروفة من الماء في أسطوانة مدرجة ، وضع الجسم غير المنتظم في الأسطوانة واقرأ الأسطوانة المتدرجة لتحديد التغير في الحجم. الماء المزاح ، الذي يظهر من خلال التغيير في القراءة على الأسطوانة المتدرجة ، يساوي حجم الجسم المدرج.
بالنسبة للسوائل ، يمكن قياس الحجم مباشرة باستخدام الأسطوانة المتدرجة.
حسابات لإيجاد الكثافة
لإيجاد الكثافة ، اقسم الكتلة المقاسة على الحجم المقاس (د = م ÷ الخامس).
أمثلة على صيغة الكثافة: المواد الصلبة
إذا كان لمكعب من مادة قياسها 1 سم من كل جانب كتلة 7.90 جرام ، يصبح حساب الكثافة
D = \ frac {7.90 \؛ \ text {g}} {1 \؛ \ text {cm} × 1 \؛ \ text {cm} × 1 \؛ \ text {cm}} = 7.90 \؛ \ text {g / سم} ^ 3
المادة هي على الأرجح الحديد.
تقاس كتلة الجسم غير المنتظم بـ 211.4 جرام. حجم الماء المزاح يساوي 20 ملليلتر. نظرًا لأن مليلتر واحد من الماء يشغل سنتيمترًا مكعبًا واحدًا من الحجم ، فإن حجم الجسم يساوي 20 سم مكعب. إكمال الصيغة يظهر
D = \ frac {211.4 \؛ \ text {g}} {20 \؛ \ text {cm} ^ 3} = 10.57 \؛ \ text {g / cm} ^ 3
المادة هي على الأرجح الفضة.
أمثلة على صيغة الكثافة: السوائل
سائل بحجم 50 ملل (مل) كتلته 63 جرامًا (جم). وبالتالي
D = \ frac {63 \؛ \ text {g}} {50 \؛ \ text {mL}} = 1.26 \؛ \ text {g / mL}
من المحتمل أن يكون السائل عبارة عن جلسرين.
سائل كتلته 338.75 جرامًا يحتل حجمًا 25 ملليلترًا. يظهر إكمال صيغة الكثافة
D = \ frac {338.75 \؛ \ text {g}} {25 \؛ \ text {mL}} = 13.55 \؛ \ text {g / mL}
السائل هو على الأرجح الزئبق.
حاسبة صيغة الكثافة على الإنترنت
تتوفر حاسبات صيغة الكثافة على الإنترنت. يجب معرفة اثنين من المتغيرات الثلاثة (الكتلة أو الحجم أو الكثافة) ، مع ذلك (انظر الموارد).