ความหนาแน่น มวล และปริมาตรสัมพันธ์กันอย่างไร?

​ความหนาแน่นอธิบายอัตราส่วนของมวลต่อปริมาตรของวัตถุหรือสารมวลวัดความต้านทานของวัสดุที่จะเร่งเมื่อแรงกระทำกับมัน ตามกฎการเคลื่อนที่ข้อที่สองของนิวตัน (F = หม่า) แรงสุทธิที่กระทำต่อวัตถุเท่ากับผลคูณของมวลคูณความเร่ง

คำจำกัดความอย่างเป็นทางการของมวลนี้ทำให้คุณสามารถใส่มันในบริบทอื่นๆ เช่น การคำนวณพลังงาน โมเมนตัม แรงสู่ศูนย์กลาง และแรงโน้มถ่วง เนื่องจากแรงโน้มถ่วงเกือบเท่ากันบนพื้นผิวโลก น้ำหนักจึงกลายเป็นตัวบ่งชี้มวลได้ดี การเพิ่มและลดปริมาณของวัสดุที่วัดได้จะเพิ่มและลดมวลของสาร

• ความหนาแน่นของวัตถุคืออัตราส่วนของมวลต่อปริมาตรของวัตถุ มวลคือแรงต้านการเร่งความเร็วเท่าใดเมื่อมีแรงกระทำ และโดยทั่วไปหมายถึงจำนวนวัตถุหรือสสารที่มีอยู่ Volume อธิบายว่าวัตถุใช้พื้นที่เท่าใด ปริมาณเหล่านี้สามารถใช้ในการกำหนดความดัน อุณหภูมิ และคุณสมบัติอื่นๆ ของก๊าซ ของแข็ง และของเหลว

มีความสัมพันธ์ที่ชัดเจนระหว่างมวล ความหนาแน่น และปริมาตร ต่างจากมวลและปริมาตร การเพิ่มปริมาณของวัสดุที่วัดได้ไม่ได้เพิ่มหรือลดความหนาแน่น กล่าวอีกนัยหนึ่งการเพิ่มปริมาณน้ำจืดจาก 10 กรัมเป็น 100 กรัมจะเปลี่ยนปริมาตรด้วย จาก 10 มิลลิลิตรถึง 100 มิลลิลิตร แต่ความหนาแน่นยังคงเป็น 1 กรัมต่อมิลลิลิตร (100 g ÷ 100 mL = 1 กรัม/มล.)

ทำให้ความหนาแน่นเป็นคุณสมบัติที่มีประโยชน์ในการระบุสารหลายชนิด อย่างไรก็ตาม เนื่องจากปริมาตรเบี่ยงเบนไปตามการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิและความดัน ความหนาแน่นจึงเปลี่ยนแปลงได้ตามอุณหภูมิและความดัน

สำหรับมวลที่กำหนดและปริมาณ,ปริมาณพื้นที่ทางกายภาพที่วัสดุใช้ ของวัตถุหรือสาร ความหนาแน่นยังคงที่ที่อุณหภูมิและความดันที่กำหนด สมการของความสัมพันธ์นี้คือ

ซึ่งในρ(rho) คือความหนาแน่นมเป็นมวลและวีคือปริมาตร ทำให้หน่วยความหนาแน่น kg/m³. ส่วนกลับของความหนาแน่น (1/ρ) เรียกว่าปริมาณเฉพาะ, วัดเป็น m³ /kg.

ปริมาตร อธิบายจำนวนเนื้อที่ของสารในครอบครองและระบุเป็นลิตร (SI) หรือแกลลอน (ภาษาอังกฤษ) ปริมาตรของสารจะพิจารณาจากจำนวนวัสดุที่มีอยู่และปริมาณอนุภาคของวัสดุที่รวมกันอยู่ใกล้กันมากน้อยเพียงใด

ด้วยเหตุนี้ อุณหภูมิและความดันจึงส่งผลกระทบอย่างมากต่อปริมาตรของสาร โดยเฉพาะก๊าซ เช่นเดียวกับมวล การเพิ่มและลดปริมาณของวัสดุยังเพิ่มและลดปริมาตรของสารด้วย

สำหรับก๊าซ ปริมาตรจะเท่ากับภาชนะที่ก๊าซอยู่ภายในเสมอ ซึ่งหมายความว่าสำหรับก๊าซ คุณสามารถเชื่อมโยงปริมาตรกับอุณหภูมิ ความดัน และความหนาแน่นโดยใช้กฎของแก๊สในอุดมคติ

ซึ่งในพีคือความดันในตู้เอทีเอ็ม (หน่วยบรรยากาศ)วีคือปริมาตรในหน่วย m³ (ลูกบาศก์เมตร)นคือจำนวนโมลของแก๊สRเป็นค่าคงที่แก๊สสากล (R= 8.314 J/(โมล x K)) และตู่คือ อุณหภูมิของแก๊สในหน่วยเคลวิน

•••Syed Hussain Ather A

กฎอีกสามข้ออธิบายความสัมพันธ์ระหว่างปริมาตร ความดัน และอุณหภูมิเมื่อเปลี่ยนแปลงเมื่อปริมาณอื่นๆ ทั้งหมดคงที่ สมการนี้เรียกว่า กฎของบอยล์ กฎของเกย์-ลุสแซก และกฎของชาร์ลส์ ตามลำดับ

ในแต่ละกฎ ตัวแปรทางซ้ายอธิบายปริมาตร ความดัน และอุณหภูมิ ณ จุดเริ่มต้นในเวลา ในขณะที่ตัวแปรทางขวาอธิบายไว้ ณ จุดเวลาอื่นในภายหลัง อุณหภูมิคงที่สำหรับกฎของบอยล์ ปริมาตรคงที่สำหรับกฎของเก-ลุสแซก และความดันคงที่สำหรับกฎของชาร์ลส์

กฎทั้งสามนี้ใช้หลักการเดียวกันของกฎของแก๊สในอุดมคติ แต่อธิบายการเปลี่ยนแปลงในบริบทของอุณหภูมิ ความดัน หรือปริมาตรที่คงที่

แม้ว่าคนทั่วไปจะใช้มวลเพื่ออ้างถึงจำนวนสารที่มีอยู่หรือปริมาณของสารนั้น วิธีต่างๆ various ผู้คนอ้างถึงมวลของปรากฏการณ์ทางวิทยาศาสตร์ที่แตกต่างกันหมายความว่ามวลต้องการคำจำกัดความที่เป็นเอกภาพมากขึ้นซึ่งครอบคลุมทั้งหมด of ใช้

นักวิทยาศาสตร์มักพูดถึงอนุภาคของอะตอม เช่น อิเล็กตรอน โบซอน หรือโฟตอน ว่ามีมวลเพียงเล็กน้อย แต่มวลของอนุภาคเหล่านี้เป็นเพียงพลังงานเท่านั้น ในขณะที่มวลของโปรตอนและนิวตรอนถูกเก็บไว้ในกลูออน (วัสดุที่เก็บโปรตอนและนิวตรอนไว้ด้วยกัน) มวลของอิเล็กตรอนมีน้อยมาก เนื่องจากอิเล็กตรอนมีน้ำหนักเบากว่าโปรตอนและนิวตรอนประมาณ 2,000 เท่า

Gluons เป็นตัวแทนของแรงนิวเคลียร์ที่แข็งแกร่งซึ่งเป็นหนึ่งในสี่กองกำลังพื้นฐานของจักรวาลควบคู่ไปกับ แรงแม่เหล็กไฟฟ้า แรงโน้มถ่วง และแรงนิวเคลียร์อ่อน ในการรักษานิวตรอนและโปรตอน ด้วยกัน.

แม้ว่าขนาดของเอกภพจะไม่ทราบแน่ชัด แต่เอกภพที่สังเกตได้ สสารในจักรวาลที่นักวิทยาศาสตร์ได้ศึกษานั้นมีมวลประมาณ 2 x 10⁵⁵ g ประมาณ 25 พันล้านกาแล็กซีที่มีขนาดเท่ากับทางช้างเผือก ระยะเวลานี้กินเวลา 14 พันล้านปีแสงรวมถึงสสารมืด สสารที่นักวิทยาศาสตร์ยังไม่แน่ใจนักว่ามันทำมาจากอะไรและสสารเรืองแสง อะไรเป็นสาเหตุของดาวและกาแล็กซี ความหนาแน่นของเอกภพอยู่ที่ประมาณ 3 x 10^-30 กรัม/ซม.³.

นักวิทยาศาสตร์คิดค่าประมาณเหล่านี้โดยสังเกตการเปลี่ยนแปลงในพื้นหลังไมโครเวฟจักรวาล (สิ่งประดิษฐ์ของรังสีแม่เหล็กไฟฟ้าจากระยะดึกดำบรรพ์ ของเอกภพ), superclusters (กระจุกกาแลคซี) และ Big Bang nucleosynthesis (การผลิตนิวเคลียสที่ไม่ใช่ไฮโดรเจนในช่วงเริ่มต้นของ จักรวาล).

นักวิทยาศาสตร์ศึกษาคุณลักษณะเหล่านี้ของเอกภพเพื่อกำหนดชะตากรรมของมัน ไม่ว่าจะขยายตัวต่อไปหรือพังลงในตัวมันเองในบางจุด ในขณะที่เอกภพยังคงขยายตัว นักวิทยาศาสตร์เคยคิดว่าแรงโน้มถ่วงทำให้วัตถุมีแรงดึงดูดระหว่างกันเพื่อชะลอการขยายตัว

แต่ในปี 2541 การสังเกตการณ์ด้วยกล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิลของซุปเปอร์โนวาที่อยู่ห่างไกลพบว่าเอกภพเป็นการขยายตัวของเอกภพเพิ่มขึ้นเมื่อเวลาผ่านไป แม้ว่านักวิทยาศาสตร์จะไม่รู้ว่าอะไรเป็นสาเหตุของการเร่งความเร็ว แต่การขยายตัวนี้ ความเร่งนำนักวิทยาศาสตร์ให้ตั้งทฤษฎีว่าพลังงานมืด ชื่อของปรากฏการณ์ที่ไม่รู้จักนี้จะ บัญชีสำหรับสิ่งนี้

ยังมีความลึกลับมากมายเกี่ยวกับมวลในจักรวาล และสิ่งเหล่านี้เป็นสาเหตุของมวลส่วนใหญ่ของเอกภพ ประมาณ 70% ของพลังงานมวลในจักรวาลมาจากพลังงานมืดและประมาณ 25% จากสสารมืด มีเพียงประมาณ 5% เท่านั้นที่มาจากเรื่องธรรมดา ภาพที่มีรายละเอียดเหล่านี้ของมวลประเภทต่างๆ ในเอกภพแสดงให้เห็นว่ามวลต่างกันอย่างไรในบริบททางวิทยาศาสตร์ที่ต่างกัน

แรงโน้มถ่วงของวัตถุในน้ำและ andแรงลอยตัวที่ช่วยให้ขึ้นข้างบนกำหนดว่าวัตถุลอยหรือจม ถ้าแรงลอยตัวหรือความหนาแน่นของวัตถุมากกว่าของเหลว วัตถุจะลอยตัว และถ้าไม่มี วัตถุก็จะจมลง

ความหนาแน่นของเหล็กสูงกว่าความหนาแน่นของน้ำมาก แต่รูปร่างเหมาะสม ความหนาแน่นอาจลดลงตามช่องว่างอากาศ สร้างเรือเหล็ก ความหนาแน่นของน้ำที่มากกว่าความหนาแน่นของน้ำแข็งยังอธิบายได้ว่าทำไมน้ำแข็งถึงลอยอยู่ในน้ำ

​แรงดึงดูดเฉพาะคือ ความหนาแน่นของสารหารด้วยความหนาแน่นของสารอ้างอิง การอ้างอิงนี้เป็นอากาศที่ไม่มีน้ำสำหรับก๊าซหรือน้ำจืดสำหรับของเหลวและของแข็ง