Jokapäiväisessä käytössä sana "tiheys" viittaa yleensä tiheyden tilaan, kuten "liikenne on" tiheä "tai" kyseinen henkilö on liian tiheä ymmärtääkseen sinua. "Tieteen tiheys (D) -määritelmä on paljon enemmän erityinen. Se on massan määrä (m), joka vie tietyn tilavuuden (v). Matemaattisesti D = m / v. Tiheys koskee ainetta kiinteässä, nestemäisessä ja kaasumaisessa tilassa, ja - tässä ei ole mikään yllätys - kiinteät aineet ovat tiheämpiä kuin nesteet (yleensä) ja nesteet ovat tiheämpiä kuin kaasut.
Mikroskooppisella tasolla tiheys mittaa sitä, kuinka tiiviisti tietyn aineen muodostavat atomit ovat. Jos kahdella esineellä on sama tilavuus, tiheämpi on painavampi, koska useampia atomeja on pakattu yhteen samaan tilaan. Lämpötila vaikuttaa tiheyteen ja ympäröivä paine, vaikka nämä riippuvuudet ovat voimakkaimpia kaasumaisessa tilassa. Tiheyserot ajavat maailmaa; elämä ei olisi sama ilman heitä.
Öljyn ja veden tiheys
Veden tiheys on 1 kg kuutiometriä kohti. Jos se kuulostaa sattumalta, se ei ole. Metriset massayksiköt perustuvat veden tiheyteen. Useimmat öljyt ovat vähemmän tiheitä kuin vesi, ja siksi ne kelluvat. Aina kun sekoitat kahta nestettä tai kaasua, tiheämpi putoaa astian pohjaan, kunhan se ei liukene ja muodosta liuosta. Syy tähän on yksinkertainen. Painovoima vaikuttaa voimakkaammin tiheään materiaaliin. Se, että öljy ei liukene veteen ja että se kelluu, tekee siivouksesta mahdolliseksi suuren öljyvuodon jälkeen. Työntekijät yleensä ottavat öljyn talteen kuorimalla sen pois veden pinnalta.
Heliumpallo on tiheyden soveltaminen tosielämässä
Räjäytä ilmapallo ilmasta keuhkoistasi, ja ilmapallo istuu iloisesti pöydällä tai tuolilla, kunnes joku heittää sen ilmaan. Silloinkin se voi kellua ilmavirroissa jonkin aikaa, mutta se putoaa lopulta maahan. Täytä se samalla tilavuudella heliumia, ja sinun on sidottava siihen naru, jotta se ei kellu. Tämä johtuu siitä, että verrattuna ilman happi- ja typpimolekyyleihin, helium-molekyylit ovat erittäin kevyitä. Itse asiassa helium on noin 10 kertaa vähemmän tiheä kuin ilma. Ilmapallo kelluu vielä nopeammin, jos täytät sen vedyllä, joka on enemmän kuin 100 kertaa vähemmän tiheä kuin ilma, mutta vetykaasu on helposti syttyvää. Siksi he eivät käytä sitä ilmapallojen täyttämiseen karnevaaleissa.
Tiheyserot ohjaavat ilman ja valtameren virtauksia
Lisää lämpöä ilmaan ja molekyylit lentävät ympäriinsä enemmän energiaa, jolloin niiden välillä on enemmän tilaa. Toisin sanoen ilma muuttuu vähemmän tiheäksi, joten sillä on taipumus nousta. Troposfäärin lämpötila kuitenkin kylmyy korkeuden kanssa, joten kylmää ilmaa on enemmän korkeammissa korkeuksissa, ja sillä on taipumus laskea. Kylmän ilman putoamisen ja lämpimän ilman nousun jatkuva liike luo ilmavirtauksia ja tuulia, jotka ohjaavat planeetan säätä.
Lämpötilavaihtelut valtamerissä aiheuttavat myös tiheyseroja, jotka ajavat virtoja, mutta suolapitoisuuden vaihtelut ovat yhtä tärkeitä. Merivesi ei ole tasaisesti suolaliuosta, ja mitä enemmän suolaa se sisältää, sitä tiheämpi se on. Lämpötilan ja suolapitoisuuden vaihtelut luovat tiheyseroja, jotka ohjaavat paikallisia pyörrevirtoja sekä syvät vedenalaiset joet, jotka luovat elinympäristöjä mereneläville ja vaikuttavat maailmaan ilmasto.
Tiheysesimerkkejä laboratoriossa
Laboratoriotutkijat riippuvat tiheyseroista erillisiin aineisiin nestemäisessä tai kiinteässä tilassa. He tekevät tämän sentrifugilla, joka on laite, joka pyörii seosta niin nopeasti, että se luo voiman, joka on useita kertoja suurempi kuin painovoima. Sentrifugissa seoksen tiheimmät komponentit kokevat suurimman voiman ja kulkeutuvat astian ulkopuolelle, josta ne voidaan noutaa.
Tiheyttä voidaan käyttää myös tuntemattomista yhdisteistä valmistettujen materiaalien tunnistamiseen. Menettely on punnita materiaalit ja mitata niiden käyttämä tilavuus käyttämällä veden syrjäyttämistä tai jotain muuta menetelmää. Tämän jälkeen löydät materiaalin tiheyden käyttämällä yhtälöä D = m / v, ja vertaa sitä vertailutaulukoissa lueteltuihin yleisten yhdisteiden tunnettuihin tiheyksiin.