Материалы плавают или тонут в основном в зависимости от плотности. Поскольку кубики льда немного менее плотные, чем вода, кубики льда плавают в воде. Поскольку сталь менее плотна, чем ртуть, но плотнее воды, стальной шарикоподшипник плавает в жидкой ртути, но тонет в воде. Понимание плотности начинается с понимания того, как ее вычислить.
Определение плотности и формула
Плотность - это отношение массы к объему объекта, и поэтому плотность является расчетным, а не измеренным значением. Для определения плотности необходимо измерить как массу, так и объем объекта. Плотность используется для описания твердых тел, жидкостей и газов.
Формула плотности в химии: плотность равна массе.Mразделенный на объемV. Плотность может быть представлена какDили греческой буквой ро (ρ), поэтому формулу можно записать как:
D = \ frac {M} {V} \\ \ text {или} \; ρ = \ frac {M} {V}
В геологии удельный вес используется больше, чем плотность, но эти два понятия тесно связаны. Удельный вес складывается из плотности объекта, деленной на плотность воды (1,0 г / см3), что дает безразмерное значение.
Единицы плотности
Для твердых тел единицами плотности в метрической системе обычно являются граммы (масса) на кубический сантиметр (объем), записанные как г / см.3. Плотность также может быть указана в килограммах на кубический метр (кг / м3), килограммов на кубический сантиметр (кг / см3) или граммов на кубический метр (г / м3).
Реже плотность может быть выражена как фунты (масса) на кубический фут (объем), записанная как фунт / фут.3, фунтов на кубический дюйм (фунт / дюйм3) или фунтов на кубический ярд (фунт / ярд3).
Для жидкостей плотность чаще всего указывается в граммах на миллилитр (г / мл), тогда как плотность газа обычно указывается в граммах на литр (г / л). Однако плотности жидкости и газа меняются в зависимости от давления и температуры, поэтому обычно указывается в отчете. по стандартному давлению (одна атмосфера) и температуре (25 ° C для жидкостей и 0 ° C для газов).
Измерение массы
Определение массы твердых тел требует использования трехлучевых весов или электронных весов, которые измеряют массу. Поместите образец на лоток, затем следуйте процедуре для инструмента, чтобы найти массу. При измерении массы порошка или жидкости сначала найдите массу емкости, затем добавьте порошок или жидкость и измерьте общую массу, прежде чем вычесть массу емкости.
Объем измерения
Чтобы найти объем правильного многоугольника, просто нужно измерить размеры твердого тела и найти формулу для формы. Например, прямоугольный блок размером 10 сантиметров на 5 сантиметров на 2 сантиметра имеет объем 10 × 5 × 2 или 100 кубических сантиметров.
Для определения объема твердых тел неправильной формы используется принцип смещения Архимеда. Отмерьте известное количество воды в градуированный цилиндр, поместите объект неправильной формы в цилиндр и снимите показания градуированного цилиндра, чтобы определить изменение объема. Вытесненная вода, показанная изменением показаний на градуированном цилиндре, равна объему вставленного объекта.
Объем жидкостей можно измерить непосредственно с помощью градуированного цилиндра.
Расчеты для определения плотности
Чтобы найти плотность, разделите измеренную массу на измеренный объем (D = M ÷ V).
Примеры формул плотности: твердые вещества
Если куб из материала размером 1 сантиметр с каждой стороны имеет массу 7,90 грамма, расчет плотности принимает следующий вид:
D = \ frac {7.90 \; \ text {g}} {1 \; \ text {cm} × 1 \; \ text {cm} × 1 \; \ text {cm}} = 7.90 \; \ text {g / см} ^ 3
Материал, скорее всего, железо.
Масса объекта неправильной формы составляет 211,4 грамма. Объем вытесненной воды составляет 20 миллилитров. Поскольку один миллилитр воды занимает один кубический сантиметр объема, объем объекта равен 20 кубическим сантиметрам. Завершение формулы показывает
D = \ frac {211.4 \; \ text {g}} {20 \; \ text {cm} ^ 3} = 10.57 \; \ text {g / cm} ^ 3
Материал, скорее всего, серебро.
Примеры формул плотности: жидкости
Жидкость объемом 50 миллилитров (мл) имеет массу 63 грамма (г). Так
D = \ frac {63 \; \ text {g}} {50 \; \ text {mL}} = 1,26 \; \ text {г / мл}
Жидкость, скорее всего, будет глицерином.
Жидкость измеренной массой 338,75 грамма занимает объем 25 миллилитров. Завершение формулы плотности показывает
D = \ frac {338.75 \; \ text {g}} {25 \; \ text {mL}} = 13.55 \; \ text {г / мл}
Жидкость, вероятно, ртуть.
Онлайн-калькулятор формулы плотности
Доступны онлайн-калькуляторы формулы плотности. Однако две из трех переменных (масса, объем или плотность) должны быть известны (см. Ресурсы).