В повседневном использовании слово «плотность» обычно относится к состоянию плотности, например, «трафик плотный "или" этот человек слишком плотный, чтобы понять вас ". Определение плотности (D) в науке намного больше конкретный. Это количество массы (m), занимающее определенный объем (v). Математически D = m / v. Плотность относится к материи в твердом, жидком и газообразном состоянии, и, что неудивительно, твердые тела более плотные, чем жидкости (обычно), а жидкости более плотные, чем газы.
На микроскопическом уровне плотность - это мера того, насколько плотно упакованы атомы, составляющие определенное вещество. Если два объекта занимают один и тот же объем, более плотный будет тяжелее, потому что больше атомов упаковано вместе в одном пространстве. На плотность влияет температура, а также давление окружающей среды, хотя эти зависимости наиболее ярко выражены в газообразном состоянии. Разница в плотности движет миром; без них жизнь была бы не такой.
Плотность масла и воды
Вода имеет плотность 1 килограмм на кубический метр. Если это звучит как совпадение, это не так. Метрические единицы массы основаны на плотности воды. Большинство масел менее плотные, чем вода, поэтому они плавают. Всякий раз, когда вы смешиваете две жидкости или газы, более плотная жидкость падает на дно емкости, если она не растворяется и не образует раствор. Причина этого проста. Гравитация оказывает более сильное воздействие на плотный материал. Тот факт, что масло не растворяется в воде и плавает, делает возможной очистку после крупного разлива нефти. Рабочие обычно собирают нефть, снимая ее с поверхности воды.
Гелиевый шар - это приложение плотности в реальной жизни
Надуйте воздушный шар воздухом из легких, и он будет радостно сидеть на столе или стуле, пока кто-нибудь не подбросит его в воздух. Даже в этом случае он может какое-то время парить в потоках воздуха, но в конечном итоге упадет на землю. Однако заполните его таким же объемом гелия, и вам придется привязать к нему веревку, чтобы он не уплыл. Это потому, что по сравнению с молекулами кислорода и азота в воздухе молекулы гелия очень легкие. На самом деле гелий примерно в 10 раз менее плотен, чем воздух. Воздушный шар улетит еще быстрее, если вы наполните его водородом, который примерно в 100 раз менее плотен, чем воздух, но газообразный водород легко воспламеняется. Вот почему они не используют его для наполнения воздушных шаров на карнавалах.
Разница в плотности вызывает воздушные и океанские течения
Добавьте тепла к воздуху, и молекулы летают с большей энергией, освобождая больше места между ними. Другими словами, воздух становится менее плотным, поэтому он имеет тенденцию подниматься. Однако температура в тропосфере становится холоднее с высотой, поэтому на больших высотах больше холодного воздуха, и он имеет тенденцию к понижению. Постоянное движение падающего и поднимающегося холодного воздуха создает воздушные потоки и ветры, которые определяют погоду на планете.
Колебания температуры в океанах также создают разницу в плотности, которая управляет течениями, но не менее важны вариации солености. Морская вода неоднородно соленая, и чем больше в ней соли, тем она плотнее. Колебания температуры и солености создают различия в плотности, которые вызывают локальные вихревые токи, как а также глубокие подводные реки, которые создают среду обитания для морских существ и влияют на весь мир климат.
Примеры плотности в лаборатории
Лабораторные исследователи зависят от разницы в плотности для разделения веществ в жидком или твердом состоянии. Они делают это с помощью центрифуги, которая представляет собой устройство, которое вращает смесь так быстро, что создает силу, в несколько раз превышающую силу тяжести. В центрифуге самые плотные компоненты смеси испытывают наибольшую силу и мигрируют за пределы емкости, откуда их можно извлечь.
Плотность также может использоваться для идентификации материалов, изготовленных из неизвестных соединений. Процедура состоит в том, чтобы взвесить материалы и измерить занимаемый ими объем, используя вытеснение водой или какой-либо другой метод. Затем вы находите плотность материала, используя уравнение D = m / v, и сравниваете ее с известными плотностями обычных соединений, перечисленными в справочных таблицах.