Πώς να υπολογίσετε την πυκνότητα

Περιεχόμενο

• Ορισμός και τύπος πυκνότητας
• Μονάδες πυκνότητας
• Μέτρηση μάζας
• Μέτρηση έντασης ήχου
• Υπολογισμοί για να βρείτε την πυκνότητα
• Ηλεκτρονικός υπολογιστής τύπων πυκνότητας

Τα υλικά επιπλέουν ή απορροφούνται με βάση κυρίως την πυκνότητα. Δεδομένου ότι τα παγάκια είναι ελαφρώς λιγότερο πυκνά από το νερό, οι κύβοι πάγου επιπλέουν στο νερό. Δεδομένου ότι ο χάλυβας είναι λιγότερο πυκνός από τον υδράργυρο αλλά είναι πυκνότερος από το νερό, ένα χαλύβδινο ρουλεμάν ρέει σε υγρό υδράργυρο αλλά βυθίζεται στο νερό. Η κατανόηση της πυκνότητας ξεκινά με την κατανόηση του τρόπου υπολογισμού.

Ορισμός και τύπος πυκνότητας

Η πυκνότητα είναι ο λόγος μάζας προς όγκο ενός αντικειμένου και ως εκ τούτου η πυκνότητα είναι μια υπολογισμένη και όχι μετρημένη τιμή. Η εύρεση της πυκνότητας απαιτεί τη μέτρηση τόσο της μάζας όσο και του όγκου ενός αντικειμένου. Η πυκνότητα χρησιμοποιείται για την περιγραφή στερεών, υγρών και αερίων.

Ο τύπος πυκνότητας στη χημεία είναι η πυκνότητα ισούται με τη μάζα Μ διαιρούμενο με τον όγκο V. Η πυκνότητα μπορεί να εκπροσωπείται από ρε ή από το ελληνικό γράμμα rho (ρ), οπότε ο τύπος μπορεί να γραφεί ως εξής:

D = frac {M} {V} {ή} ; ρ = frac {M} {V}

Στη γεωλογία, το ειδικό βάρος χρησιμοποιείται περισσότερο από την πυκνότητα, αλλά τα δύο σχετίζονται στενά. Το ειδικό βάρος αποτελείται από την πυκνότητα του αντικειμένου που διαιρείται με την πυκνότητα του νερού (1,0 g / cm³), αποδίδοντας μια αδιάστατη τιμή.

Μονάδες πυκνότητας

Για τα στερεά, οι μονάδες πυκνότητας στο μετρικό σύστημα αναφέρονται συνήθως ως γραμμάρια (μάζα) ανά κυβικό εκατοστό (όγκος) γραμμένα σε g / cm³. Η πυκνότητα μπορεί επίσης να αναφέρεται σε χιλιόγραμμα ανά κυβικό μέτρο (kg / m³), χιλιόγραμμα ανά κυβικό εκατοστό (kg / cm³) ή γραμμάρια ανά κυβικό μέτρο (g / m³).

Λιγότερο συχνά, η πυκνότητα μπορεί να αναφέρεται ως λίβρες (μάζα) ανά κυβικό πόδι (όγκος), γραμμένο σε lb / ft³, λίβρες ανά κυβική ίντσα (lb / in³) ή λίρες ανά κυβικό μέτρο (lb / yd³).

Για τα υγρά, η πυκνότητα αναφέρεται συχνότερα ως γραμμάρια ανά χιλιοστόλιτρο (g / mL), ενώ η πυκνότητα του αερίου συνήθως αναφέρεται ως γραμμάρια ανά λίτρο (g / L). Οι πυκνότητες υγρών και αερίων αλλάζουν με την πίεση και τη θερμοκρασία, ωστόσο, γενικά θα αναφέρονται σε όρους τυπικής πίεσης (μία ατμόσφαιρα) και θερμοκρασίας (25 ° C για υγρά και 0 ° C για αέρια).

Μέτρηση μάζας

Η εύρεση της μάζας στερεών απαιτεί τη χρήση ισορροπίας τριπλής δέσμης ή ηλεκτρονικής κλίμακας που μετράει μάζα. Τοποθετήστε το δείγμα στο δίσκο και, στη συνέχεια, ακολουθήστε τη διαδικασία για το εργαλείο για να βρείτε τη μάζα. Εάν μετράτε μάζα σκόνης ή υγρού, βρείτε πρώτα τη μάζα ενός δοχείου, στη συνέχεια προσθέστε τη σκόνη ή το υγρό και μετρήστε τη συνολική μάζα πριν αφαιρέσετε τη μάζα του δοχείου.

Μέτρηση έντασης ήχου

Η εύρεση του όγκου ενός κανονικού πολύγωνου απαιτεί απλά τη μέτρηση των διαστάσεων του στερεού και την αναζήτηση του τύπου για το σχήμα. Για παράδειγμα, ένα ορθογώνιο μπλοκ που μετράει 10 εκατοστά με 5 εκατοστά έως 2 εκατοστά έχει όγκο 10 × 5 × 2 ή 100 κυβικά εκατοστά.

Η εύρεση όγκου ακανόνιστου σχήματος στερεών χρησιμοποιεί την Αρχιμήδη αρχή της μετατόπισης. Μετρήστε μια γνωστή ποσότητα νερού σε έναν βαθμονομημένο κύλινδρο, τοποθετήστε το ακανόνιστο αντικείμενο στον κύλινδρο και διαβάστε τον βαθμονομημένο κύλινδρο για να προσδιορίσετε την μεταβολή της έντασης. Το μετατοπισμένο νερό, που φαίνεται από την αλλαγή στην ανάγνωση στον βαθμολογημένο κύλινδρο, ισούται με τον όγκο του εισαγόμενου αντικειμένου.

Για τα υγρά, η ένταση μπορεί να μετρηθεί απευθείας χρησιμοποιώντας τον βαθμονομημένο κύλινδρο.

Υπολογισμοί για να βρείτε την πυκνότητα

Για να βρείτε την πυκνότητα, διαιρέστε τη μετρούμενη μάζα με τη μετρούμενη ένταση (ρε = Μ ÷ V).

Παραδείγματα τύπων πυκνότητας: Στερεά

Εάν ένας κύβος ενός υλικού που μετρά 1 εκατοστό σε κάθε πλευρά έχει μάζα 7,90 γραμμάρια, ο υπολογισμός της πυκνότητας γίνεται

D = frac {7.90 ; {g}} {1 ; {cm} × 1 ; {cm} × 1 ; {cm}} = 7.90

Το υλικό είναι πιθανότατα σίδηρο.

Η μάζα ενός ακανόνιστου σχήματος αντικειμένου μετράται ως 211,4 γραμμάρια. Ο όγκος του εκτοπισμένου νερού ισούται με 20 χιλιοστόλιτρα. Εφόσον ένα χιλιοστόλιτρο νερού καταλαμβάνει ένα κυβικό εκατοστό όγκου, ο όγκος αντικειμένων ισούται με 20 κυβικά εκατοστά. Ολοκληρώνει τον τύπο

D = frac {211.4 ; {g}} {20 ; {cm} ^ 3} = 10.57 {g / cm} ^ 3

Το υλικό είναι πιθανότατα ασημένιο.

Παραδείγματα Τύπων Πυκνότητας: Υγρά

Ένα υγρό με όγκο 50 χιλιοστόλιτρα (mL) έχει μάζα 63 γραμμάρια (g). Έτσι

D = frac {63 ; {g}} {50 ; {mL}} = 1,26 {g / mL}

Το υγρό είναι πιθανό να είναι γλυκερίνη.

Ένα υγρό με μετρούμενη μάζα 338,75 γραμμάρια καταλαμβάνει όγκο 25 χιλιοστόλιτρων. Η συμπλήρωση του τύπου πυκνότητας δείχνει

D = frac {338,75 ; {g}} {25 ; {mL}} = 13,55

Το υγρό είναι πιθανώς υδράργυρος.

Ηλεκτρονικός υπολογιστής τύπων πυκνότητας

Διατίθενται online αριθμομηχανές τύπου πυκνότητας. Ωστόσο, πρέπει να είναι γνωστές δύο από τις τρεις μεταβλητές (μάζα, όγκος ή πυκνότητα) (βλ. Πόρων).