Στην καθημερινή χρήση, η λέξη "πυκνότητα" αναφέρεται συνήθως στην κατάσταση της πυκνότητας, όπως στην "κυκλοφορία είναι πυκνή, "ή" αυτό το άτομο είναι πολύ πυκνό για να σε καταλάβει. "Ο ορισμός πυκνότητας (D) στην επιστήμη είναι πολύ περισσότερο ειδικός. Είναι η ποσότητα μάζας (m) που καταλαμβάνει έναν συγκεκριμένο όγκο (v). Μαθηματικά, D = m / v. Η πυκνότητα ισχύει για την ύλη σε στερεά, υγρή και αέρια κατάσταση και - δεν αποτελεί έκπληξη εδώ - τα στερεά είναι πιο πυκνά από τα υγρά (συνήθως) και τα υγρά είναι πιο πυκνά από τα αέρια.
Σε μικροσκοπικό επίπεδο, η πυκνότητα είναι ένα μέτρο του πόσο στενά συσκευάζονται τα άτομα που απαρτίζουν μια συγκεκριμένη ουσία. Εάν δύο αντικείμενα καταλαμβάνουν τον ίδιο όγκο, το πυκνότερο είναι βαρύτερο επειδή περισσότερα άτομα είναι συγκεντρωμένα στον ίδιο χώρο. Η πυκνότητα επηρεάζεται από τη θερμοκρασία και επηρεάζεται επίσης από την πίεση του περιβάλλοντος, αν και αυτές οι εξαρτήσεις είναι πιο έντονες στην αέρια κατάσταση. Οι διαφορές πυκνότητας οδηγούν τον κόσμο. η ζωή δεν θα ήταν η ίδια χωρίς αυτούς.
Η πυκνότητα του λαδιού και του νερού
Το νερό έχει πυκνότητα 1 κιλό ανά κυβικό μέτρο. Αν αυτό ακούγεται τυχαίο, δεν είναι. Οι μετρικές μονάδες μάζας βασίζονται στην πυκνότητα του νερού. Τα περισσότερα λάδια είναι λιγότερο πυκνά από το νερό και γι 'αυτό επιπλέουν. Κάθε φορά που αναμιγνύετε δύο υγρά ή αέρια, το πυκνότερο πέφτει στο κάτω μέρος του δοχείου, αρκεί να μην διαλύεται και να σχηματίζει διάλυμα. Ο λόγος για αυτό είναι απλός. Η βαρύτητα ασκεί ισχυρότερη δύναμη σε ένα πυκνό υλικό. Το γεγονός ότι το λάδι δεν διαλύεται στο νερό και ότι επιπλέει καθιστά δυνατό τον καθαρισμό μετά από μια μεγάλη διαρροή λαδιού. Οι εργαζόμενοι συνήθως ανακτούν το λάδι αφαιρώντας το από την επιφάνεια του νερού.
Το μπαλόνι Ηλίου είναι μια εφαρμογή πυκνότητας στην πραγματική ζωή
Φουσκώστε ένα μπαλόνι με αέρα από τους πνεύμονές σας, και το μπαλόνι θα καθίσει ευτυχώς πάνω σε ένα τραπέζι ή καρέκλα έως ότου κάποιος το ρίξει στον αέρα. Ακόμα και τότε, μπορεί να επιπλέει στα ρεύματα του αέρα για λίγο, αλλά τελικά θα πέσει στο έδαφος. Γεμίστε το με τον ίδιο όγκο ηλίου, ωστόσο, και πρέπει να δέσετε ένα κορδόνι πάνω του για να το αποφύγετε. Αυτό συμβαίνει επειδή, σε σύγκριση με τα μόρια οξυγόνου και αζώτου στον αέρα, τα μόρια ηλίου είναι πολύ ελαφριά. Στην πραγματικότητα, το ήλιο είναι περίπου 10 φορές λιγότερο πυκνό από τον αέρα. Το μπαλόνι θα αιωρούσε ακόμη πιο γρήγορα αν το γέμιζες με υδρογόνο, το οποίο μοιάζει περισσότερο με 100 φορές λιγότερο πυκνό από τον αέρα, αλλά το αέριο υδρογόνο είναι πολύ εύφλεκτο. Γι 'αυτό δεν το χρησιμοποιούν για να γεμίσουν μπαλόνια σε καρναβάλι.
Οι διαφορές πυκνότητας οδηγούν στα ρεύματα αέρα και ωκεανού
Προσθέστε θερμότητα στον αέρα και τα μόρια πετούν γύρω με περισσότερη ενέργεια, κάνοντας περισσότερο χώρο μεταξύ τους. Με άλλα λόγια, ο αέρας γίνεται λιγότερο πυκνός, οπότε έχει την τάση να ανεβαίνει. Ωστόσο, η θερμοκρασία στην τροπόσφαιρα γίνεται πιο κρύα με το υψόμετρο, οπότε υπάρχει περισσότερος κρύος αέρας σε υψηλότερα υψόμετρα και έχει την τάση να πέφτει. Η συνεχής κίνηση του κρύου αέρα που πέφτει και η αύξηση του θερμού αέρα δημιουργούν ρεύματα αέρα και ανέμους που οδηγούν τον καιρό στον πλανήτη.
Οι μεταβολές θερμοκρασίας στους ωκεανούς δημιουργούν επίσης διαφορές πυκνότητας που οδηγούν τα ρεύματα, αλλά οι παραλλαγές αλατότητας είναι εξίσου σημαντικές. Το θαλασσινό νερό δεν είναι ομοιόμορφα αλατούχο και όσο περισσότερο αλάτι περιέχει, τόσο πιο πυκνό είναι. Οι μεταβολές θερμοκρασίας και αλατότητας δημιουργούν διαφορές πυκνότητας που οδηγούν τα τοπικά ρεύματα καθώς και βαθιά υποβρύχια ποτάμια που δημιουργούν ενδιαιτήματα για θαλάσσια πλάσματα και επηρεάζουν τον κόσμο κλίμα.
Παραδείγματα πυκνότητας στο εργαστήριο
Οι ερευνητές εργαστηρίου εξαρτώνται από τις διαφορές πυκνότητας για να διαχωρίσουν τις ουσίες σε υγρή ή στερεά κατάσταση. Το κάνουν με μια φυγόκεντρο, που είναι μια συσκευή που περιστρέφει ένα μείγμα τόσο γρήγορα που δημιουργεί μια δύναμη που είναι αρκετές φορές μεγαλύτερη από τη δύναμη της βαρύτητας. Στη φυγόκεντρο, τα πυκνότερα συστατικά ενός μείγματος βιώνουν τη μεγαλύτερη δύναμη και μεταναστεύουν στο εξωτερικό του αγγείου, από όπου μπορούν να ανακτηθούν.
Η πυκνότητα μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί για τον προσδιορισμό υλικών κατασκευασμένων από άγνωστες ενώσεις. Η διαδικασία είναι η ζύγιση των υλικών και η μέτρηση του όγκου που καταλαμβάνουν, χρησιμοποιώντας μετατόπιση νερού ή κάποια άλλη μέθοδο. Στη συνέχεια, βρίσκετε την πυκνότητα του υλικού, χρησιμοποιώντας την εξίσωση D = m / v και τη συγκρίνετε με τις γνωστές πυκνότητες κοινών ενώσεων που αναφέρονται στους πίνακες αναφοράς.