Materialien schwimmen oder sinken hauptsächlich aufgrund der Dichte. Da Eiswürfel etwas weniger dicht als Wasser sind, schwimmen Eiswürfel im Wasser. Da Stahl weniger dicht als Quecksilber, aber dichter als Wasser ist, schwimmt ein Stahlkugellager in flüssigem Quecksilber, sinkt jedoch im Wasser. Das Verständnis der Dichte beginnt mit dem Verständnis, wie man sie berechnet.
Dichtedefinition und Formel
Dichte ist das Verhältnis von Masse zu Volumen eines Objekts, und daher ist die Dichte ein berechneter und kein gemessener Wert. Um die Dichte zu finden, müssen sowohl die Masse als auch das Volumen eines Objekts gemessen werden. Dichte wird verwendet, um Feststoffe, Flüssigkeiten und Gase zu beschreiben.
Die Dichteformel in der Chemie lautet Dichte gleich MasseMgeteilt durch VolumenV. Dichte kann dargestellt werden durchDoder mit dem griechischen Buchstaben rho (ρ), so kann die Formel wie folgt geschrieben werden:
D= \frac{M}{V} \\ \text{or} \;ρ= \frac{M}{V}
In der Geologie wird eher das spezifische Gewicht als die Dichte verwendet, aber die beiden sind eng miteinander verbunden. Das spezifische Gewicht besteht aus der Dichte des Objekts geteilt durch die Dichte von Wasser (1,0 g/cm²
3), was einen dimensionslosen Wert ergibt.Einheiten der Dichte
Bei Festkörpern werden die Dichteeinheiten im metrischen System normalerweise als Gramm (Masse) pro Kubikzentimeter (Volumen) angegeben, geschrieben als g/cm3. Die Dichte kann auch als Kilogramm pro Kubikmeter (kg/m²) angegeben werden3), Kilogramm pro Kubikzentimeter (kg/cm3) oder Gramm pro Kubikmeter (g/m3).
Seltener kann die Dichte als Pfund (Masse) pro Kubikfuß (Volumen) angegeben werden, geschrieben als lb/ft3, Pfund pro Kubikzoll (lb/in3) oder Pfund pro Kubikyard (lb/yd3).
Bei Flüssigkeiten wird die Dichte am häufigsten in Gramm pro Milliliter (g/mL) angegeben, während die Gasdichte normalerweise in Gramm pro Liter (g/L) angegeben wird. Flüssigkeits- und Gasdichten ändern sich jedoch mit Druck und Temperatur und werden daher im Allgemeinen berichtet in Bezug auf Standarddruck (eine Atmosphäre) und Temperatur (25 °C für Flüssigkeiten und 0 °C für Gase).
Masse messen
Um die Masse von Feststoffen zu finden, ist die Verwendung einer Dreistrahlwaage oder einer elektronischen Waage erforderlich, die die Masse misst. Legen Sie die Probe auf das Tablett und befolgen Sie dann das Verfahren für das Werkzeug, um die Masse zu finden. Wenn Sie die Masse eines Pulvers oder einer Flüssigkeit messen, ermitteln Sie zuerst die Masse eines Behälters, fügen Sie dann das Pulver oder die Flüssigkeit hinzu und messen Sie die Gesamtmasse, bevor Sie die Masse des Behälters subtrahieren.
Volumen messen
Um das Volumen eines regelmäßigen Polygons zu ermitteln, müssen Sie lediglich die Abmessungen des Volumenkörpers messen und die Formel für die Form nachschlagen. Ein rechteckiger Block mit den Maßen 10 mal 5 mal 2 Zentimeter hat beispielsweise ein Volumen von 10 × 5 × 2 oder 100 Kubikzentimeter.
Das Auffinden des Volumens von unregelmäßig geformten Festkörpern verwendet das archimedische Verdrängungsprinzip. Messen Sie eine bekannte Wassermenge in einen Messzylinder, legen Sie das unregelmäßig geformte Objekt in den Zylinder und lesen Sie den Messzylinder ab, um die Volumenänderung zu bestimmen. Das verdrängte Wasser, angezeigt durch die Anzeigeänderung auf dem Messzylinder, entspricht dem Volumen des eingebrachten Objekts.
Bei Flüssigkeiten kann das Volumen direkt mit dem Messzylinder gemessen werden.
Berechnungen zum Finden der Dichte
Um die Dichte zu ermitteln, teilen Sie die gemessene Masse durch das gemessene Volumen (D = M ÷ V).
Beispiele für Dichteformeln: Feststoffe
Wenn ein Würfel eines Materials von 1 Zentimeter auf jeder Seite eine Masse von 7,90 Gramm hat, wird die Dichteberechnung zu
D= \frac{7,90\;\text{g}}{1 \;\text{cm} × 1\;\text{cm} × 1 \;\text{cm}} = 7,90 \;\text{g /cm}^3
Das Material ist höchstwahrscheinlich Eisen.
Die Masse eines unregelmäßig geformten Objekts wird mit 211,4 Gramm gemessen. Das verdrängte Wasservolumen beträgt 20 Milliliter. Da ein Milliliter Wasser einen Kubikzentimeter Volumen einnimmt, beträgt das Volumen des Objekts 20 Kubikzentimeter. Das Ausfüllen der Formel zeigt formula
D= \frac{211.4\;\text{g}}{20 \;\text{cm}^3} = 10.57 \;\text{g/cm}^3
Das Material ist höchstwahrscheinlich Silber.
Beispiele für Dichteformeln: Flüssigkeiten
Eine Flüssigkeit mit einem Volumen von 50 Millilitern (ml) hat eine Masse von 63 Gramm (g). So
D= \frac{63\;\text{g}}{50 \;\text{ml}} = 1,26 \;\text{g/ml}
Die Flüssigkeit ist wahrscheinlich Glycerin.
Eine Flüssigkeit mit einer gemessenen Masse von 338,75 Gramm nimmt ein Volumen von 25 Millilitern ein. Das Ausfüllen der Dichteformel zeigt
D= \frac{338,75\;\text{g}}{25 \;\text{ml}} = 13,55 \;\text{g/ml}
Die Flüssigkeit ist wahrscheinlich Quecksilber.
Online-Dichteformel-Rechner
Online-Dichteformelrechner sind verfügbar. Zwei der drei Variablen (Masse, Volumen oder Dichte) müssen jedoch bekannt sein (siehe Ressourcen).
