I daglig användning hänvisar ordet "densitet" vanligtvis till att vara tät, som i "trafiken är tät, "eller" den personen är för tät för att förstå dig. "Definitionen av densitet (D) i vetenskapen är mycket mer specifik. Det är mängden massa (m) som upptar en viss volym (v). Matematiskt är D = m / v. Densitet gäller materia i fast, flytande och gasformigt tillstånd, och - ingen överraskning här - fasta ämnen är tätare än vätskor (vanligtvis) och vätskor är tätare än gaser.
På mikroskopisk nivå är densitet ett mått på hur tätt packade atomerna som utgör en viss substans är. Om två objekt upptar samma volym är den tätare tyngre eftersom fler atomer packas ihop i samma utrymme. Densiteten påverkas av temperaturen och påverkas också av omgivningstrycket, även om dessa beroenden är mest uttalade i gasform. Densitetsskillnader driver världen; livet skulle inte vara detsamma utan dem.
Tätheten av olja och vatten
Vatten har en densitet på 1 kg per kubikmeter. Om det låter som en tillfällighet är det inte. De metriska massenheterna är baserade på vattentätheten. De flesta oljor är mindre täta än vatten, och det är därför de flyter. När du blandar två vätskor eller gaser faller den tätare ned i behållarens botten så länge den inte löser sig och bildar en lösning. Anledningen till detta är enkel. Gravitation utövar en starkare kraft på ett tätt material. Det faktum att olja inte löses upp i vatten och att den flyter möjliggör saneringar efter ett stort oljeutsläpp. Arbetare återvinner vanligtvis oljan genom att skumma bort den från vattenytan.
Heliumballongen är en tillämpning av densitet i verkliga livet
Blås upp en ballong med luft från dina lungor, och ballongen kommer att sitta lyckligt på ett bord eller stol tills någon kastar den i luften. Även då kan det flyta på luftströmmar ett tag, men det kommer så småningom att falla till marken. Fyll den med samma volym helium, och du måste binda en snöre på den för att förhindra att den flyter bort. Det beror på att, jämfört med syre- och kväve-molekylerna i luften, är heliummolekyler mycket lätta. I själva verket är helium ungefär tio gånger mindre tät än luft. Ballongen skulle flyta bort ännu snabbare om du fyllde den med väte, vilket är mer än 100 gånger mindre tätt än luft, men vätgas är mycket brandfarligt. Det är därför de inte använder den för att fylla ballonger på karnevaler.
Densitetsskillnader driver luft- och havsströmmar
Lägg till värme i luften och molekylerna flyger runt med mer energi, vilket ger mer utrymme mellan dem. Med andra ord blir luften mindre tät, så den har en tendens att stiga. Emellertid blir temperaturen i troposfären kallare med höjd, så det finns mer kall luft vid högre höjder, och den har en tendens att falla. Den konstanta rörelsen av fallande kall luft och stigande varm luft skapar luftströmmar och vindar som driver vädret på planeten.
Temperaturvariationer i haven skapar också densitetsskillnader som driver strömmar, men saltvariationer är lika viktiga. Havsvatten är inte enhetligt saltlösning, och ju mer salt det innehåller desto tätare är det. Temperatur- och salthaltvariationer skapar densitetsskillnader som driver lokala virvelströmmar som samt djupa undervattensfloder som skapar livsmiljöer för marina varelser och påverkar världens klimat.
Densitetsexempel i labbet
Labforskare är beroende av densitetsskillnader för att separera ämnen i flytande eller fast tillstånd. De gör detta med en centrifug, som är en anordning som snurrar en blandning så snabbt att den skapar en kraft som är flera gånger större än tyngdkraften. I centrifugen upplever de tätaste komponenterna i en blandning den största kraften och migrerar till utsidan av kärlet, varifrån de kan hämtas.
Densitet kan också användas för att identifiera material tillverkade av okända föreningar. Förfarandet är att väga materialet och mäta volymen de upptar med vattenförskjutning eller någon annan metod. Du hittar därefter materialets densitet med ekvationen D = m / v och jämför den med de kända densiteterna för vanliga föreningar som listas i referenstabeller.