Materialen drijven of zinken voornamelijk op basis van dichtheid. Omdat ijsblokjes iets minder dicht zijn dan water, drijven ijsblokjes in water. Omdat staal minder dicht is dan kwik maar dichter dan water, drijft een stalen kogellager in vloeibaar kwik maar zinkt in water. Het begrijpen van dichtheid begint met begrijpen hoe het te berekenen.
Dichtheidsdefinitie en formule
Dichtheid is de verhouding van massa tot volume van een object, en als zodanig is dichtheid een berekende in plaats van gemeten waarde. Het vinden van dichtheid vereist het meten van zowel de massa als het volume van een object. Dichtheid wordt gebruikt om vaste stoffen, vloeistoffen en gassen te beschrijven.
De dichtheidsformule in de chemie is dichtheid is gelijk aan massaMgedeeld door volumeV. Dichtheid kan worden weergegeven doorDof door de Griekse letter rho (ρ), dus de formule kan worden geschreven als:
D= \frac{M}{V} \\ \text{of} \;ρ= \frac{M}{V}
In de geologie wordt soortelijk gewicht meer gebruikt dan dichtheid, maar de twee zijn nauw verwant. Het soortelijk gewicht bestaat uit de dichtheid van het object gedeeld door de dichtheid van water (1,0 g/cm
3), wat een dimensieloze waarde oplevert.Eenheden van dichtheid
Voor vaste stoffen worden de dichtheidseenheden in het metrieke stelsel gewoonlijk gerapporteerd als gram (massa) per kubieke centimeter (volume) geschreven als g/cm3. Dichtheid kan ook worden gerapporteerd als kilogram per kubieke meter (kg/m3), kilogram per kubieke centimeter (kg/cm3) of gram per kubieke meter (g/m3).
Minder vaak kan de dichtheid worden gerapporteerd als pond (massa) per kubieke voet (volume), geschreven als lb / ft3, pond per kubieke inch (lb/in3) of pond per kubieke yard (lb/yd3).
Voor vloeistoffen wordt de dichtheid meestal gerapporteerd als gram per milliliter (g/ml), terwijl de gasdichtheid meestal wordt gerapporteerd als gram per liter (g/L). Vloeistof- en gasdichtheden veranderen echter met druk en temperatuur, en dit wordt over het algemeen gerapporteerd in termen van standaarddruk (één atmosfeer) en temperatuur (25° C voor vloeistoffen en 0° C voor gassen).
Massa meten
Het vinden van de massa van vaste stoffen vereist het gebruik van een balans met drie stralen of een elektronische weegschaal die de massa meet. Plaats het monster op de schaal en volg de procedure voor het gereedschap om de massa te vinden. Als u de massa van een poeder of een vloeistof meet, zoek dan eerst de massa van een container, voeg dan het poeder of de vloeistof toe en meet de totale massa voordat u de massa van de container aftrekt.
Volume meten
Om het volume van een regelmatige veelhoek te vinden, hoeft u alleen maar de afmetingen van de vaste stof te meten en de formule voor de vorm op te zoeken. Een rechthoekig blok van 10 centimeter bij 5 centimeter bij 2 centimeter heeft bijvoorbeeld een volume van 10 × 5 × 2 of 100 kubieke centimeter.
Het vinden van het volume van onregelmatig gevormde vaste stoffen maakt gebruik van het Archimedes-principe van verplaatsing. Meet een bekende hoeveelheid water af in een maatcilinder, plaats het onregelmatig gevormde voorwerp in de cilinder en lees de maatcilinder af om de verandering in volume te bepalen. Het verplaatste water, weergegeven door de verandering in aflezing op de maatcilinder, is gelijk aan het volume van het ingebrachte object.
Voor vloeistoffen kan het volume direct worden gemeten met behulp van de maatcilinder.
Berekeningen om dichtheid te vinden
Om de dichtheid te vinden, deelt u de gemeten massa door het gemeten volume (D = M ÷ V).
Voorbeelden van dichtheidsformules: vaste stoffen
Als een kubus van een materiaal van 1 centimeter aan elke kant een massa heeft van 7,90 gram, wordt de dichtheidsberekening:
D= \frac{7.90\;\text{g}}{1 \;\text{cm} × 1\;\text{cm} × 1 \;\text{cm}} = 7.90 \;\text{g /cm}^3
Het materiaal is hoogstwaarschijnlijk ijzer.
De massa van een onregelmatig gevormd object wordt gemeten als 211,4 gram. Het verplaatste watervolume is gelijk aan 20 milliliter. Aangezien één milliliter water één kubieke centimeter volume inneemt, is het volume van het object gelijk aan 20 kubieke centimeter. Het invullen van de formule toont
D= \frac{211.4\;\text{g}}{20 \;\text{cm}^3} = 10.57 \;\text{g/cm}^3
Het materiaal is hoogstwaarschijnlijk zilver.
Voorbeelden van dichtheidsformules: vloeistoffen
Een vloeistof met een volume van 50 milliliter (ml) heeft een massa van 63 gram (g). Zo
D= \frac{63\;\text{g}}{50 \;\text{mL}} = 1,26 \;\text{g/mL}
De vloeistof is waarschijnlijk glycerine.
Een vloeistof met een gemeten massa van 338,75 gram heeft een volume van 25 milliliter. Het invullen van de dichtheidsformule toont:
D= \frac{338.75\;\text{g}}{25 \;\text{mL}} = 13.55 \;\text{g/mL}
De vloeistof is waarschijnlijk kwik.
Online dichtheidsformulecalculator
Er zijn online rekenmachines voor dichtheidsformules beschikbaar. Twee van de drie variabelen (massa, volume of dichtheid) moeten echter bekend zijn (zie bronnen).