Τα υλικά επιπλέουν ή νεροχύτες βασίζονται κυρίως στην πυκνότητα. Δεδομένου ότι τα παγάκια είναι ελαφρώς λιγότερο πυκνά από το νερό, τα παγάκια επιπλέουν στο νερό. Δεδομένου ότι ο χάλυβας είναι λιγότερο πυκνός από τον υδράργυρο αλλά πυκνότερος από το νερό, ένα χαλύβδινο ρουλεμάν επιπλέει σε υγρό υδράργυρο αλλά βυθίζεται στο νερό. Η κατανόηση της πυκνότητας ξεκινά με την κατανόηση του τρόπου υπολογισμού της.
Ορισμός και τύπος πυκνότητας
Η πυκνότητα είναι ο λόγος μάζας προς όγκο ενός αντικειμένου, και ως εκ τούτου, η πυκνότητα είναι μια υπολογιζόμενη παρά μετρηθείσα τιμή. Η εύρεση πυκνότητας απαιτεί μέτρηση τόσο της μάζας όσο και του όγκου ενός αντικειμένου. Η πυκνότητα χρησιμοποιείται για την περιγραφή στερεών, υγρών και αερίων.
Ο τύπος πυκνότητας στη χημεία είναι η πυκνότητα ισούται με τη μάζαΜδιαιρούμενο με τον όγκοΒ. Η πυκνότητα μπορεί να αντιπροσωπεύεται απόρεή με το ελληνικό γράμμα rho (ρ), οπότε ο τύπος μπορεί να γραφτεί ως:
D = \ frac {M} {V} \\ \ text {ή} \; ρ = \ frac {M} {V}
Στη γεωλογία, το ειδικό βάρος χρησιμοποιείται περισσότερο από την πυκνότητα, αλλά τα δύο είναι στενά συνδεδεμένα. Το ειδικό βάρος αποτελείται από την πυκνότητα του αντικειμένου διαιρούμενο με την πυκνότητα του νερού (1,0 g / cm
Μονάδες πυκνότητας
Για στερεά, οι μονάδες πυκνότητας στο μετρικό σύστημα αναφέρονται συνήθως σε γραμμάρια (μάζα) ανά κυβικό εκατοστό (όγκος) γραμμένες ως g / cm3. Η πυκνότητα μπορεί επίσης να αναφέρεται ως χιλιόγραμμα ανά κυβικό μέτρο (kg / m3), χιλιόγραμμα ανά κυβικό εκατοστό (kg / cm3) ή γραμμάρια ανά κυβικό μέτρο (g / m3).
Λιγότερο συχνά, η πυκνότητα μπορεί να αναφέρεται ως λίβρες (μάζα) ανά κυβικό πόδι (όγκος), γραμμένη ως lb / ft3, λίβρες ανά κυβική ίντσα (lb / in3) ή λίβρες ανά κυβικό ναυπηγείο (λίβρες ανά έτος)3).
Για υγρά, η πυκνότητα αναφέρεται συνήθως ως γραμμάρια ανά χιλιοστόλιτρο (g / mL), ενώ η πυκνότητα αερίου αναφέρεται συνήθως ως γραμμάρια ανά λίτρο (g / L). Ωστόσο, η πυκνότητα υγρού και αερίου αλλάζει ανάλογα με την πίεση και τη θερμοκρασία σε όρους τυπικής πίεσης (μία ατμόσφαιρα) και θερμοκρασίας (25 ° C για υγρά και 0 ° C για αέρια).
Μέτρηση μάζας
Η εύρεση της μάζας των στερεών απαιτεί τη χρήση ισορροπίας τριπλής δέσμης ή ηλεκτρονικής κλίμακας που μετρά τη μάζα. Τοποθετήστε το δείγμα στο δίσκο και, στη συνέχεια, ακολουθήστε τη διαδικασία για το εργαλείο για να βρείτε τη μάζα. Εάν μετράτε τη μάζα σκόνης ή υγρού, βρείτε πρώτα τη μάζα ενός δοχείου, στη συνέχεια προσθέστε τη σκόνη ή το υγρό και μετρήστε τη συνολική μάζα, πριν αφαιρέσετε τη μάζα του δοχείου.
Μέτρηση όγκου
Η εύρεση του όγκου ενός κανονικού πολυγώνου απαιτεί απλώς τη μέτρηση των διαστάσεων του στερεού και την αναζήτηση του τύπου για το σχήμα. Για παράδειγμα, ένα ορθογώνιο μπλοκ διαστάσεων 10 εκατοστών επί 5 εκατοστών επί 2 εκατοστών έχει όγκο 10 × 5 × 2 ή 100 κυβικά εκατοστά.
Η εύρεση όγκου στερεών με ακανόνιστο σχήμα χρησιμοποιεί την αρχή της μετατόπισης του Archimedes. Μετρήστε μια γνωστή ποσότητα νερού σε έναν βαθμονομημένο κύλινδρο, τοποθετήστε το ακανόνιστο σχήμα αντικειμένου στον κύλινδρο και διαβάστε τον βαθμονομημένο κύλινδρο για να προσδιορίσετε την αλλαγή στον όγκο. Το μετατοπισμένο νερό, που φαίνεται από την αλλαγή στην ανάγνωση στον βαθμονομημένο κύλινδρο, ισούται με τον όγκο του εισαχθέντος αντικειμένου.
Για υγρά, ο όγκος μπορεί να μετρηθεί απευθείας χρησιμοποιώντας τον βαθμονομημένο κύλινδρο.
Υπολογισμοί για εύρεση πυκνότητας
Για να βρείτε την πυκνότητα, διαιρέστε τη μετρούμενη μάζα με τον μετρούμενο όγκο (ρε = Μ ÷ Β).
Παραδείγματα τύπου πυκνότητας: Στερεά
Εάν ένας κύβος υλικού διαμέτρου 1 εκατοστό σε κάθε πλευρά έχει μάζα 7,90 γραμμάρια, ο υπολογισμός της πυκνότητας γίνεται
D = \ frac {7.90 \; \ text {g}} {1 \; \ κείμενο {cm} × 1 \; \ κείμενο {cm} × 1 \; \ κείμενο {cm}} = 7.90 \; \ κείμενο {g / cm} ^ 3
Το υλικό είναι πιθανότατα σίδερο.
Η μάζα ενός ακανόνιστου σχήματος αντικειμένου μετράται ως 211,4 γραμμάρια. Ο όγκος του εκτοπισμένου νερού ισούται με 20 χιλιοστόλιτρα. Εφόσον ένα χιλιοστόλιτρο νερού καταλαμβάνει ένα κυβικό εκατοστό όγκου, ο όγκος του αντικειμένου ισούται με 20 κυβικά εκατοστά. Εμφανίζεται η συμπλήρωση του τύπου
D = \ frac {211.4 \; \ text {g}} {20 \; \ κείμενο {cm} ^ 3} = 10.57 \; \ κείμενο {g / cm} ^ 3
Το υλικό είναι πιθανότατα ασημί.
Παραδείγματα τύπου πυκνότητας: Υγρά
Ένα υγρό με όγκο 50 ml (mL) έχει μάζα 63 γραμμάρια (g). Έτσι
D = \ frac {63 \; \ text {g}} {50 \; \ κείμενο {mL}} = 1,26 \; \ κείμενο {g / mL}
Το υγρό είναι πιθανό να είναι γλυκερίνη.
Ένα υγρό με μετρούμενη μάζα 338,75 γραμμάρια καταλαμβάνει όγκο 25 ml. Η ολοκλήρωση του τύπου πυκνότητας δείχνει
D = \ frac {338.75 \; \ text {g}} {25 \; \ text {mL}} = 13.55 \; \ κείμενο {g / mL}
Το υγρό είναι πιθανώς υδράργυρος.
Υπολογιστής τύπου διαδικτυακής πυκνότητας
Διατίθενται ηλεκτρονικοί υπολογιστές τύπου πυκνότητας. Ωστόσο, δύο από τις τρεις μεταβλητές (μάζα, όγκος ή πυκνότητα) πρέπει να είναι γνωστές (βλέπε πόρους).