Materiaalit kelluvat tai uppoavat pääasiassa tiheyden perusteella. Koska jääpalat ovat hieman vähemmän tiheitä kuin vesi, jääpalat kelluvat vedessä. Koska teräs on vähemmän tiheää kuin elohopea, mutta tiheämpi kuin vesi, teräskuulalaakeri kelluu nestemäisessä elohopeassa, mutta uppoaa veteen. Tiheyden ymmärtäminen alkaa ymmärtämisestä, kuinka se lasketaan.
Tiheyden määritelmä ja kaava
Tiheys on kohteen massan ja tilavuuden suhde, ja sellaisenaan tiheys on laskettu eikä mitattu arvo. Tiheyden löytäminen vaatii sekä kohteen massan että tilavuuden mittaamisen. Tiheyttä käytetään kuvaamaan kiinteitä aineita, nesteitä ja kaasuja.
Tiheyskaava kemiassa on tiheys yhtä suuri kuin massaMjaettuna tilavuudellaV. Tiheyttä voidaan edustaaD.tai Kreikan kirjaimella rho (ρ), joten kaava voidaan kirjoittaa seuraavasti:
D = \ frac {M} {V} \\ \ text {tai} \; ρ = \ frac {M} {V}
Geologiassa ominaispainoa käytetään enemmän kuin tiheys, mutta nämä kaksi liittyvät läheisesti toisiinsa. Ominaispaino koostuu kohteen tiheydestä jaettuna veden tiheydellä (1,0 g / cm)3), jolloin saadaan ulottumattomuusarvo.
Tiheyden yksiköt
Kiintoaineille metrijärjestelmän tiheysyksiköt ilmoitetaan yleensä grammoina (massa) kuutiosenttimetriä kohti (tilavuus), jotka on kirjoitettu g / cm3. Tiheys voidaan ilmoittaa myös kilogrammoina kuutiometriä kohti (kg / m3), kilogrammaa kuutiosenttimetriä kohti (kg / cm3) tai grammaa kuutiometrissä (g / m3).
Harvemmin tiheys voidaan ilmoittaa paunana (massa) kuutiometriä kohti (tilavuus), kirjoitettuna lb / ft3, puntaa per kuutiometri (lb / in3) tai puntaa per kuutiopiha (lb / yd3).
Nesteiden tiheys ilmoitetaan yleisimmin grammoina millilitrassa (g / ml), kun taas kaasutiheys ilmoitetaan yleensä grammoina litraa kohti (g / l). Neste- ja kaasutiheydet muuttuvat kuitenkin paineen ja lämpötilan mukaan, joten siitä raportoidaan yleensä standardipaineen (yksi ilmakehä) ja lämpötilan (25 ° C nesteille ja 0 ° C kaasujen osalta) suhteen.
Massan mittaus
Kiintoaineiden massan löytäminen vaatii kolmisäteen vaakaa tai elektronista vaakaa, joka mittaa massaa. Aseta näyte alustalle ja noudata sitten työkalun ohjeita massan löytämiseksi. Jos mitataan jauheen tai nesteen massa, etsi ensin astian massa, lisää sitten jauhe tai neste ja mittaa kokonaismassa ennen kuin vähennät astian massan.
Äänenvoimakkuuden mittaus
Säännöllisen monikulmion tilavuuden löytäminen vaatii vain kiinteän aineen mittojen mittaamisen ja muodon kaavan etsimisen. Esimerkiksi suorakaiteen muotoisen lohkon, jonka koko on 10 cm x 5 cm x 2 cm, tilavuus on 10 × 5 × 2 tai 100 kuutiosenttimetriä.
Epäsäännöllisen muotoisten kiintoaineiden määrän löytäminen käyttää Archimedes-siirtymäperiaatetta. Mittaa tunnettu määrä vettä mittasylinteriin, aseta epäsäännöllisen muotoinen esine sylinteriin ja lue mittasylinteri tilavuuden muutoksen määrittämiseksi. Siirtynyt vesi, joka näkyy mittasylinterin lukemien muutoksena, on yhtä suuri kuin työnnetyn kohteen tilavuus.
Nesteiden tilavuus voidaan mitata suoraan mittasylinterillä.
Laskelmat tiheyden löytämiseksi
Saadaksesi tiheyden, jaa mitattu massa mitatulla tilavuudella (D. = M ÷ V).
Tiheyskaavan esimerkit: kiinteät aineet
Jos kuutiosta materiaalia, jonka mitat ovat 1 cm kummallakin puolella, on massa 7,90 grammaa, tiheyslaskenta muuttuu
D = \ frac {7.90 \; \ text {g}} {1 \; \ text {cm} × 1 \; \ text {cm} × 1 \; \ text {cm}} = 7.90 \; \ text {g / cm} ^ 3
Materiaali on todennäköisesti rautaa.
Epäsäännöllisen muotoisen esineen massa on 211,4 grammaa. Siirtämän veden määrä on 20 millilitraa. Koska yksi millilitra vettä vie yhden kuutiosenttimetrin tilavuuden, kohteen tilavuus on 20 kuutiosenttimetriä. Kaavan täyttäminen näyttää
D = \ frac {211.4 \; \ text {g}} {20 \; \ text {cm} ^ 3} = 10.57 \; \ text {g / cm} ^ 3
Materiaali on todennäköisesti hopeaa.
Tiheyskaavan esimerkit: Nesteet
Nesteen, jonka tilavuus on 50 millilitraa (ml), massa on 63 grammaa (g). Niin
D = \ frac {63 \; \ text {g}} {50 \; \ text {mL}} = 1.26 \; \ text {g / ml}
Neste on todennäköisesti glyseriini.
Nesteen, jonka mitattu massa on 338,75 grammaa, tilavuus on 25 millilitraa. Tiheyskaavan täyttäminen näyttää
D = \ frac {338.75 \; \ text {g}} {25 \; \ text {mL}} = 13.55 \; \ text {g / ml}
Neste on todennäköisesti elohopeaa.
Online-tiheyskaavan laskin
Online-tiheyskaavan laskimet ovat saatavilla. Kaksi kolmesta muuttujasta (massa, tilavuus tai tiheys) on kuitenkin tunnettava (katso Resurssit).