Einer der Grundbegriffe vieler Naturwissenschaften ist Dichte, eine physikalische Eigenschaft, die als Masse eines Objekts geteilt durch sein Volumen definiert wird. Das bedeutet, dass Sie zum Messen der Dichte normalerweise die Masse und das Volumen eines Objekts getrennt messen und dann seine Dichte berechnen müssen, indem Sie die Masse durch das Volumen dividieren. Um Masse und Volumen zu messen, benötigen Sie mehrere grundlegende Laborwerkzeuge.
Rahmen
Masse ist eine der am einfachsten zu erhaltenden Messungen. Verwenden Sie eine Waage oder elektronische Waage, um das Gewicht oder die Masse des Objekts zu bestimmen. Dieses Maß wird normalerweise in Unzen oder Gramm für englische bzw. metrische Systeme angegeben. Wenn Sie die Masse einer Flüssigkeit messen, wiegen Sie zuerst den Behälter und tarieren Sie dann die Waage, bevor Sie die Flüssigkeit hinzufügen.
Graduierter Zylinder
Der genaueste Weg, das Volumen eines Objekts zu bestimmen, insbesondere bei einem unregelmäßig geformten Objekt, besteht darin, es in Wasser zu tauchen und die Wassermenge zu messen, die es verdrängt. Ein Messzylinder, der groß genug ist, um sowohl das Objekt als auch genug Wasser aufzunehmen, um es vollständig einzutauchen, ist das beste Werkzeug für diese Aufgabe. Ein Messzylinder kann Ihnen auch das Volumen einer Flüssigkeit anzeigen, indem Sie ihn einfach in einen leeren Zylinder gießen. Verwenden Sie kein Becherglas, um das Volumen zu bestimmen, da die auf der Seite eines Bechers aufgedruckte Skala möglicherweise weniger genau ist als die eines Messzylinders, der speziell zum Messen entwickelt wurde.
Berechnung der Dichte
Nachdem Sie die Masse und das Volumen eines Objekts gemessen haben, finden Sie die Dichte mit einer einfachen Rechnung. Teilen Sie die Masse durch das Volumen, um die Dichte zu erhalten. Sie messen beispielsweise eine Menge reines Wasser in einem Messzylinder und sehen, dass sie 11,5 ml beträgt. Sie stellen eine Plastikwaage auf eine Waage und stellen fest, dass ihre Masse 3,2 Gramm beträgt. Wenn Sie das Wasser hinzufügen, beträgt die Gesamtmenge 14,7 Gramm. Ziehe die Masse der Schüssel von der Summe ab, um die Masse des Wassers allein zu erhalten:
14,7 - 3,2 = 11,5 \text{ Gramm}
Teilen Sie 11,5 Gramm durch 11,5 ml, um die Dichte zu erhalten, 1,0 Gramm pro ml.
Aräometer
Dichte ist schwer direkt und genau zu messen, da sie von zwei getrennten Eigenschaften abhängt, Masse und Volumen. Bei Flüssigkeiten und Auftrieb kommt jedoch die Dichte ins Spiel, da ein dichterer Gegenstand immer in eine weniger dichte Flüssigkeit sinkt und auf einer Flüssigkeit mit größerer Dichte schwimmt. Ein Aräometer ist ein spezielles Gerät zur Bestimmung der Dichte von Flüssigkeiten. Anstatt das Volumen in einem Messzylinder zu messen und dann die Flüssigkeit zu wiegen, um ihre Masse (und natürlich, abzüglich des Gewichts seines Behälters), schwimmt ein Hydrometer in einer Flüssigkeit auf einem anderen Niveau, basierend auf seiner Dichte. Verschiedene Aräometer verwenden unterschiedliche Skalen zur Messung der Dichte, befolgen Sie daher alle Anweisungen und messen Sie sorgfältig.
Der Wert der Dichte
Nun, da Sie die Dichte bestimmt haben, was können Sie damit machen? Es ist eine intrinsische Eigenschaft einer Substanz, was bedeutet, dass jede Menge reinen Bleis die gleiche Dichte hat, egal ob Sie eine Tonne oder ein paar Partikel haben; das gleiche gilt für jede reine Substanz. Viele Substanzen haben einen bekannten, veröffentlichten Wert für die Dichte, der als "Fingerabdruck" fungieren kann, mit dem Sie eine unbekannte Substanz identifizieren können, indem Sie ihre Dichte bestimmen. Es zeigt Ihnen auch an, ob ein Objekt aus einer reinen Substanz besteht oder ob es sich um eine Mischung handelt. Eine berühmte Geschichte schreibt dem griechischen Philosophen Archimedes zu, der entdeckte, dass die Krone eines Königs kein reines Gold war; er berechnete die Dichte der Krone und stellte fest, dass sie geringer war als die von Gold.