V každodenním použití slovo „hustota“ obvykle označuje stav hustoty, jako v „provozu je hustý, „nebo„ ten člověk je příliš hustý na to, aby vám rozuměl. “Definice hustoty (D) ve vědě je mnohem více charakteristický. Je to množství hmoty (m), které zabírá určitý objem (v). Matematicky D = m / v. Hustota se vztahuje na hmotu v pevném, kapalném a plynném stavu a - není žádným překvapením - pevné látky jsou hustší než kapaliny (obvykle) a kapaliny jsou hustší než plyny.
Na mikroskopické úrovni je hustota měřítkem toho, jak těsně jsou zabaleny atomy, které tvoří konkrétní látku. Pokud dva objekty zabírají stejný objem, tím hustší je těžší, protože více atomů je zabaleno dohromady ve stejném prostoru. Hustota je ovlivněna teplotou a je také ovlivněna okolním tlakem, i když tyto závislosti jsou nejvýraznější v plynném stavu. Rozdíly hustoty řídí svět; bez nich by život nebyl stejný.
Hustota oleje a vody
Voda má hustotu 1 kilogram na metr krychlový. Pokud to zní jako náhoda, není to tak. Metrické jednotky hmotnosti jsou založeny na hustotě vody. Většina olejů je méně hustá než voda, a proto plave. Kdykoli smícháte dvě kapaliny nebo plyny, hustší spadne na dno nádoby, pokud se nerozpustí a nevytvoří roztok. Důvod je jednoduchý. Gravitace vyvíjí silnější sílu na hustý materiál. Skutečnost, že se olej nerozpouští ve vodě a že plave, umožňuje čištění po velké ropné skvrně. Pracovníci obvykle olej získávají jeho odsátím z povrchu vody.
Heliový balón je aplikace hustoty v reálném životě
Vyfoukněte balón vzduchem z plic a balón bude šťastně sedět na stole nebo židli, dokud ho někdo nevyhodí do vzduchu. I tehdy může na chvíli plavat na vzdušných proudech, ale nakonec spadne na zem. Naplňte jej však stejným objemem hélia a musíte na něj uvázat šňůrku, aby neodplávala. Je to proto, že ve srovnání s molekulami kyslíku a dusíku ve vzduchu jsou molekuly helia velmi lehké. Ve skutečnosti je helium přibližně 10krát méně husté než vzduch. Balón by odplul ještě rychleji, kdybyste jej naplnili vodíkem, který je stokrát méně hustý než vzduch, ale plynný vodík je vysoce hořlavý. Proto ji nepoužívají k plnění balónků na karnevalech.
Rozdíly hustoty pohánějí vzdušné a oceánské proudy
Přidejte teplo do vzduchu a molekuly létají kolem s více energií, což mezi nimi vytváří více prostoru. Jinými slovy, vzduch se stává méně hustým, takže má tendenci stoupat. Teplota v troposféře se však s nadmořskou výškou ochlazuje, takže ve vyšších nadmořských výškách je více studeného vzduchu a má tendenci klesat. Neustálý pohyb klesajícího studeného vzduchu a stoupajícího teplého vzduchu vytváří proudy vzduchu a větry, které ovlivňují počasí na planetě.
Teplotní variace v oceánech také vytvářejí rozdíly v hustotě, které pohánějí proudy, ale variace slanosti jsou stejně důležité. Mořská voda není rovnoměrně solná a čím více soli obsahuje, tím je hustší. Variace teploty a slanosti vytvářejí rozdíly hustoty, které řídí místní vířivé proudy jako stejně jako hluboké podvodní řeky, které vytvářejí stanoviště mořských tvorů a ovlivňují svět klima.
Příklady hustoty v laboratoři
Laboratorní vědci závisí na rozdílech hustoty při oddělování látek v kapalném nebo pevném stavu. Dělají to pomocí odstředivky, což je zařízení, které točí směs tak rychle, že vytváří sílu, která je několikanásobně větší než gravitační síla. V odstředivce zažívají nejhustší složky směsi největší sílu a migrují ven z nádoby, odkud je lze získat.
Hustotu lze také použít k identifikaci materiálů vyrobených z neznámých sloučenin. Postup spočívá v zvážení materiálů a změření objemu, který zabírají, pomocí výtlaku vody nebo jiné metody. Potom zjistíte hustotu materiálu pomocí rovnice D = m / v a porovnáte ji se známými hustotami běžných sloučenin uvedených v referenčních tabulkách.