วัสดุลอยหรือจมตามความหนาแน่นเป็นหลัก เนื่องจากก้อนน้ำแข็งมีความหนาแน่นน้อยกว่าน้ำเล็กน้อย ก้อนน้ำแข็งจึงลอยอยู่ในน้ำ เนื่องจากเหล็กมีความหนาแน่นน้อยกว่าปรอทแต่มีความหนาแน่นมากกว่าน้ำ ตลับลูกปืนเหล็กจึงลอยอยู่ในปรอทเหลว แต่จะจมลงในน้ำ การทำความเข้าใจความหนาแน่นเริ่มต้นด้วยการทำความเข้าใจวิธีการคำนวณ
นิยามความหนาแน่นและสูตร
ความหนาแน่นคืออัตราส่วนของมวลต่อปริมาตรของวัตถุ ดังนั้นความหนาแน่นจึงถูกคำนวณมากกว่าค่าที่วัดได้ การหาความหนาแน่นต้องใช้การวัดทั้งมวลและปริมาตรของวัตถุ ความหนาแน่นใช้เพื่ออธิบายของแข็ง ของเหลว และก๊าซ
สูตรความหนาแน่นในวิชาเคมีคือความหนาแน่นเท่ากับมวลเอ็มหารด้วยปริมาตรวี. ความหนาแน่นอาจแสดงโดยดีหรือโดยอักษรกรีก โร (ρ) ดังนั้นสูตรอาจเขียนเป็น:
D= \frac{M}{V} \\ \text{or} \;ρ= \frac{M}{V}
ในธรณีวิทยา ความถ่วงจำเพาะถูกใช้มากกว่าความหนาแน่น แต่ทั้งสองมีความเกี่ยวข้องกันอย่างใกล้ชิด ความถ่วงจำเพาะประกอบด้วยความหนาแน่นของวัตถุหารด้วยความหนาแน่นของน้ำ (1.0 g/cm3) ให้ค่าไร้มิติ
หน่วยความหนาแน่น
สำหรับของแข็ง หน่วยของความหนาแน่นในระบบเมตริกมักจะรายงานเป็นกรัม (มวล) ต่อลูกบาศก์เซนติเมตร (ปริมาตร) เขียนเป็น g/cm
โดยทั่วไปน้อยกว่า ความหนาแน่นอาจรายงานเป็นปอนด์ (มวล) ต่อลูกบาศก์ฟุต (ปริมาตร) เขียนเป็น lb/ft3, ปอนด์ต่อลูกบาศก์นิ้ว (lb/in3) หรือปอนด์ต่อลูกบาศก์หลา (lb/yd3).
สำหรับของเหลว โดยทั่วไปจะรายงานความหนาแน่นเป็นกรัมต่อมิลลิลิตร (g/mL) ในขณะที่ความหนาแน่นของก๊าซมักจะรายงานเป็นกรัมต่อลิตร (g/L) ความหนาแน่นของของเหลวและก๊าซเปลี่ยนแปลงไปตามความดันและอุณหภูมิ อย่างไรก็ตาม โดยทั่วไปจะมีการรายงาน ในแง่ของความดันมาตรฐาน (หนึ่งบรรยากาศ) และอุณหภูมิ (25 องศาเซลเซียสสำหรับของเหลวและ 0 องศาเซลเซียสสำหรับก๊าซ)
การวัดมวล
การหามวลของของแข็งต้องใช้เครื่องชั่งสามลำแสงหรือเครื่องชั่งอิเล็กทรอนิกส์ที่วัดมวล วางตัวอย่างบนถาด จากนั้นทำตามขั้นตอนสำหรับเครื่องมือเพื่อค้นหามวล หากวัดมวลของผงหรือของเหลว ก่อนอื่นให้หามวลของภาชนะ จากนั้นเติมผงหรือของเหลวแล้ววัดมวลรวมก่อนที่จะลบมวลของภาชนะ
การวัดปริมาตร
การหาปริมาตรของรูปหลายเหลี่ยมปกตินั้นต้องการการวัดขนาดของของแข็งและค้นหาสูตรสำหรับรูปร่าง ตัวอย่างเช่น บล็อกสี่เหลี่ยมขนาด 10 ซม. x 5 ซม. คูณ 2 ซม. มีปริมาตร 10 × 5 × 2 หรือ 100 ลูกบาศก์เซนติเมตร
การหาปริมาตรของของแข็งที่มีรูปร่างไม่ปกตินั้นใช้หลักการของการกระจัดของอาร์คิมิดีส วัดปริมาณน้ำที่ทราบแล้วลงในทรงกระบอกที่วัดระดับแล้ว วางวัตถุที่มีรูปร่างไม่ปกติลงในกระบอกสูบ และอ่านทรงกระบอกที่สำเร็จการศึกษาเพื่อกำหนดการเปลี่ยนแปลงของปริมาตร น้ำที่ถูกแทนที่ซึ่งแสดงโดยการเปลี่ยนแปลงการอ่านบนกระบอกสูบที่สำเร็จการศึกษา เท่ากับปริมาตรของวัตถุที่สอดเข้าไป
สำหรับของเหลว สามารถวัดปริมาตรได้โดยตรงโดยใช้กระบอกสูบแบบไล่ระดับ
การคำนวณหาความหนาแน่น
หากต้องการหาความหนาแน่น ให้หารมวลที่วัดได้ด้วยปริมาตรที่วัดได้ (ดี = เอ็ม ÷ วี).
ตัวอย่างสูตรความหนาแน่น: ของแข็ง
ถ้าลูกบาศก์ของวัสดุที่มีขนาด 1 เซนติเมตรในแต่ละด้านมีมวล 7.90 กรัม การคำนวณความหนาแน่นจะกลายเป็น
D= \frac{7.90\;\text{g}}{1 \;\text{cm} × 1\;\text{cm} × 1 \;\text{cm}} = 7.90 \;\text{g /cm}^3
วัสดุส่วนใหญ่เป็นเหล็ก
มวลของวัตถุที่มีรูปร่างไม่ปกติวัดได้ 211.4 กรัม ปริมาณน้ำที่ถูกแทนที่เท่ากับ 20 มิลลิลิตร เนื่องจากน้ำ 1 มิลลิลิตรมีปริมาตร 1 ลูกบาศก์เซนติเมตร ปริมาตรของวัตถุจึงเท่ากับ 20 ลูกบาศก์เซนติเมตร กรอกสูตรแสดงว่า
D= \frac{211.4\;\text{g}}{20 \;\text{cm}^3} = 10.57 \;\text{g/cm}^3
วัสดุส่วนใหญ่เป็นเงิน
ตัวอย่างสูตรความหนาแน่น: ของเหลว
ของเหลวที่มีปริมาตร 50 มิลลิลิตร (มล.) มีมวล 63 กรัม (ก.) ดังนั้น
D= \frac{63\;\text{g}}{50 \;\text{mL}} = 1.26 \;\text{g/mL}
ของเหลวน่าจะเป็นกลีเซอรีน
ของเหลวที่มีมวลที่วัดได้ 338.75 กรัมมีปริมาตร 25 มิลลิลิตร การแสดงสูตรความหนาแน่นเสร็จสิ้น
D= \frac{338.75\;\text{g}}{25 \;\text{mL}} = 13.55 \;\text{g/mL}
ของเหลวน่าจะเป็นปรอท
เครื่องคำนวณสูตรความหนาแน่นออนไลน์
มีเครื่องคำนวณสูตรความหนาแน่นออนไลน์ให้บริการ อย่างไรก็ตาม ต้องทราบตัวแปรสองในสามตัวแปร (มวล ปริมาตร หรือความหนาแน่น) (ดูแหล่งข้อมูล)
