Πώς σχετίζονται η πυκνότητα, η μάζα και ο όγκος;

​Πυκνότηταπεριγράφει την αναλογία μάζας προς όγκο ενός αντικειμένου ή ουσίας.Μάζαμετρά την αντίσταση ενός υλικού για επιτάχυνση όταν μια δύναμη ενεργεί πάνω του. Σύμφωνα με τον δεύτερο νόμο κίνησης του Νεύτωνα (F = μα), η καθαρή δύναμη που ενεργεί πάνω σε ένα αντικείμενο ισούται με το προϊόν της επιτάχυνσης της μάζας του.

Αυτός ο επίσημος ορισμός της μάζας σάς επιτρέπει να το βάλετε σε άλλα περιβάλλοντα όπως υπολογισμός ενέργειας, ορμής, κεντρομόλης δύναμης και βαρυτικής δύναμης. Δεδομένου ότι η βαρύτητα είναι σχεδόν η ίδια πάνω στην επιφάνεια της Γης, το βάρος γίνεται καλός δείκτης μάζας. Η αύξηση και μείωση της ποσότητας του υλικού που μετριέται αυξάνει και μειώνει τη μάζα της ουσίας.

• Η πυκνότητα ενός αντικειμένου είναι η αναλογία μάζας προς όγκο ενός αντικειμένου. Η μάζα είναι το πόσο αντιστέκεται στην επιτάχυνση όταν εφαρμόζεται μια δύναμη και γενικά σημαίνει πόσο ένα αντικείμενο ή μια ουσία υπάρχει. Ο τόμος περιγράφει τον χώρο που καταλαμβάνει ένα αντικείμενο. Αυτές οι ποσότητες μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τον προσδιορισμό της πίεσης, της θερμοκρασίας και άλλων χαρακτηριστικών των αερίων, στερεών και υγρών.

  instagram story viewer

Υπάρχει μια σαφής σχέση μεταξύ μάζας, πυκνότητας και όγκου. Σε αντίθεση με τη μάζα και τον όγκο, η αύξηση της ποσότητας του υλικού που μετριέται δεν αυξάνει ούτε μειώνει την πυκνότητα. Με άλλα λόγια, η αύξηση της ποσότητας γλυκού νερού από 10 γραμμάρια σε 100 γραμμάρια θα αλλάξει επίσης τον όγκο από 10 χιλιοστόλιτρα έως 100 χιλιοστόλιτρα αλλά η πυκνότητα παραμένει 1 γραμμάριο ανά χιλιοστόλιτρο (100 γραμμάρια ÷ 100 ml = 1 g / mL).

Αυτό καθιστά την πυκνότητα χρήσιμη ιδιότητα για τον προσδιορισμό πολλών ουσιών. Ωστόσο, δεδομένου ότι ο όγκος αποκλίνει με τις αλλαγές στη θερμοκρασία και την πίεση, η πυκνότητα μπορεί επίσης να αλλάξει με τη θερμοκρασία και την πίεση.

Για μια δεδομένη μάζα καιΕνταση ΗΧΟΥ,πόσος φυσικός χώρος καταλαμβάνει ένα υλικό, ενός αντικειμένου ή ουσίας, η πυκνότητα παραμένει σταθερή σε μια δεδομένη θερμοκρασία και πίεση. Η εξίσωση για αυτήν τη σχέση είναι

στο οποίορ(rho) είναι πυκνότητα,Μείναι μάζα καιΒείναι όγκος, κάνοντας τη μονάδα πυκνότητας kg / m³. Η αμοιβαία πυκνότητα (1/ρ) είναι γνωστό ωςσυγκεκριμένη ένταση, μετρούμενη σε m³ /kg.

Ο τόμος περιγράφει πόσο χώρο καταλαμβάνει μια ουσία και δίνεται σε λίτρα (SI) ή γαλόνια (Αγγλικά). Ο όγκος μιας ουσίας καθορίζεται από το πόσο υπάρχει υλικό και πόσο στενά συσκευάζονται τα σωματίδια του υλικού.

Ως αποτέλεσμα, η θερμοκρασία και η πίεση μπορούν να επηρεάσουν σημαντικά τον όγκο μιας ουσίας, ιδίως των αερίων. Όπως με τη μάζα, η αύξηση και η μείωση της ποσότητας του υλικού αυξάνει και μειώνει τον όγκο της ουσίας.

Για αέρια, ο όγκος είναι πάντα ίσος με το δοχείο στο οποίο βρίσκεται το αέριο. Αυτό σημαίνει ότι, για τα αέρια, μπορείτε να συσχετίσετε τον όγκο με τη θερμοκρασία, την πίεση και την πυκνότητα χρησιμοποιώντας τον ιδανικό νόμο για τα αέρια

στο οποίοΠείναι πίεση σε atm (ατμοσφαιρικές μονάδες),Βείναι όγκος σε m³ (μέτρα σε κύβους),νείναι ο αριθμός γραμμομορίων του αερίου,Ρείναι η καθολική σταθερά αερίου (Ρ= 8.314 J / (mol x K)) καιΤείναι η θερμοκρασία του αερίου στο Kelvin.

•••Σουντ Χουσεΐν Άθερ

Τρεις ακόμη νόμοι περιγράφουν τις σχέσεις μεταξύ όγκου, πίεσης και θερμοκρασίας καθώς αλλάζουν όταν όλες οι άλλες ποσότητες διατηρούνται σταθερές. Οι εξισώσεις είναι γνωστές ως νόμος Boyle, νόμος Gay-Lussac και νόμος του Καρόλου, αντίστοιχα.

Σε κάθε νόμο, οι αριστερές μεταβλητές περιγράφουν τον όγκο, την πίεση και τη θερμοκρασία σε ένα αρχικό χρονικό σημείο, ενώ οι δεξιές μεταβλητές τις περιγράφουν σε άλλο μεταγενέστερο χρονικό σημείο. Η θερμοκρασία είναι σταθερή για το νόμο του Boyle, ο όγκος είναι σταθερός για το νόμο του Gay-Lussac και η πίεση είναι σταθερή για το νόμο του Charles.

Αυτοί οι τρεις νόμοι ακολουθούν τις ίδιες αρχές του ιδανικού νόμου για το φυσικό αέριο, αλλά περιγράφουν τις αλλαγές στα πλαίσια της θερμοκρασίας, της πίεσης ή του όγκου που διατηρείται σταθερή.

Αν και οι άνθρωποι χρησιμοποιούν γενικά τη μάζα για να αναφέρουν πόση ουσία υπάρχει ή πόσο βαρύ είναι μια ουσία, με τους διάφορους τρόπους Οι άνθρωποι αναφέρονται σε μάζες διαφορετικών επιστημονικών φαινομένων σημαίνει ότι η μάζα χρειάζεται έναν πιο ενοποιημένο ορισμό που περιλαμβάνει όλα της χρήσεις.

Οι επιστήμονες μιλούν συνήθως για τα υποατομικά σωματίδια, όπως τα ηλεκτρόνια, τα μποζόνια ή τα φωτόνια, ότι έχουν πολύ μικρή μάζα. Αλλά οι μάζες αυτών των σωματιδίων είναι στην πραγματικότητα μόνο ενέργεια. Ενώ η μάζα των πρωτονίων και των νετρονίων αποθηκεύεται σε γλουόνια (το υλικό που κρατά τα πρωτόνια και τα νετρόνια μαζί), η μάζα ενός ηλεκτρονίου είναι πολύ πιο αμελητέα, δεδομένου ότι τα ηλεκτρόνια είναι περίπου 2.000 φορές ελαφρύτερα από τα πρωτόνια και τα νετρόνια.

Τα Gluons αντιπροσωπεύουν την ισχυρή πυρηνική δύναμη, μια από τις τέσσερις θεμελιώδεις δυνάμεις του σύμπαντος ηλεκτρομαγνητική δύναμη, βαρυτική δύναμη και η ασθενής πυρηνική δύναμη, διατηρώντας τα νετρόνια και τα πρωτόνια συνδεδεμένα μαζί.

Αν και το μέγεθος ολόκληρου του σύμπαντος δεν είναι ακριβώς γνωστό, το παρατηρήσιμο σύμπαν, η ύλη στο σύμπαν που έχουν μελετήσει οι επιστήμονες, έχει μάζα περίπου 2 x 10⁵⁵ g, περίπου 25 δισεκατομμύρια γαλαξίες στο μέγεθος του Γαλαξία μας. Αυτό εκτείνεται σε 14 δισεκατομμύρια έτη φωτός, συμπεριλαμβανομένης της σκοτεινής ύλης, θέμα που οι επιστήμονες δεν είναι απόλυτα σίγουροι για το τι είναι φτιαγμένο και φωτεινή ύλη, τι αντιπροσωπεύει τα αστέρια και οι γαλαξίες. Η πυκνότητα του σύμπαντος είναι περίπου 3 x 10^-30 g / εκ³.

Οι επιστήμονες καταλήγουν σε αυτές τις εκτιμήσεις παρατηρώντας αλλαγές στο Κοσμικό Φούρνο Μικροκυμάτων (αντικείμενα ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας από πρωτόγονα στάδια του σύμπαντος), υπερκείμενες (συστάδες γαλαξιών) και νουκλεοσύνθεση Big Bang (παραγωγή πυρήνων εκτός υδρογόνου κατά τα πρώτα στάδια της σύμπαν).

Οι επιστήμονες μελετούν αυτά τα χαρακτηριστικά του σύμπαντος για να προσδιορίσουν τη μοίρα του, εάν θα συνεχίσει να επεκτείνεται ή κάποια στιγμή να καταρρεύσει από μόνη της. Καθώς το σύμπαν συνεχίζει να επεκτείνεται, οι επιστήμονες πίστευαν ότι οι βαρυτικές δυνάμεις δίνουν στα αντικείμενα μια ελκυστική δύναμη μεταξύ τους για να επιβραδύνουν την επέκταση.

Αλλά το 1998, οι παρατηρήσεις του διαστημικού τηλεσκοπίου Hubble για μακρινές σουπερνόβες έδειξαν ότι το σύμπαν ήταν η επέκταση του σύμπαντος έχει αυξηθεί με την πάροδο του χρόνου. Αν και οι επιστήμονες δεν είχαν καταλάβει τι ακριβώς προκαλούσε την επιτάχυνση, αυτή η επέκταση Η επιτάχυνση οδηγεί τους επιστήμονες να θεωρήσουν ότι η σκοτεινή ενέργεια, το όνομα για αυτά τα άγνωστα φαινόμενα, θα έκανε για αυτό.

Παραμένουν πολλά μυστήρια για τη μάζα στο σύμπαν και αντιπροσωπεύουν το μεγαλύτερο μέρος της μάζας του σύμπαντος. Περίπου το 70% της μαζικής ενέργειας στο σύμπαν προέρχεται από τη σκοτεινή ενέργεια και περίπου το 25% από τη σκοτεινή ύλη. Μόνο περίπου το 5% προέρχεται από συνηθισμένη ύλη. Αυτές οι λεπτομερείς εικόνες διαφόρων τύπων μάζας στο σύμπαν δείχνουν πόσο ποικίλη μάζα μπορεί να είναι σε διαφορετικά επιστημονικά πλαίσια.

Η βαρυτική δύναμη ενός αντικειμένου στο νερό και τοπλευστή δύναμηπου το διατηρεί προς τα πάνω καθορίζει αν ένα αντικείμενο επιπλέει ή βυθίζεται. Εάν η δύναμη ή η πυκνότητα του αντικειμένου είναι μεγαλύτερη από αυτήν του υγρού, επιπλέει και, εάν όχι, βυθίζεται.

Η πυκνότητα του χάλυβα είναι πολύ μεγαλύτερη από την πυκνότητα του νερού αλλά έχει διαμορφωθεί κατάλληλα, η πυκνότητα μπορεί να μειωθεί με τους χώρους αέρα, δημιουργώντας χαλύβδινα πλοία. Η πυκνότητα του νερού είναι μεγαλύτερη από την πυκνότητα του πάγου εξηγεί επίσης γιατί ο πάγος επιπλέει στο νερό.

​Ειδικό βάροςείναι η πυκνότητα μιας ουσίας διαιρούμενη με την πυκνότητα της ουσίας αναφοράς. Αυτή η αναφορά είναι είτε αέρας χωρίς νερό για αέρια είτε γλυκό νερό για υγρά και στερεά.