Формула за плътността на дадено вещество. Формули за относителна плътност

След като учениците се запознаят с понятията маса и обем във физиката, те научават една важна характеристика на всяко тяло, наречена плътност. Това е предмет на следната статия. Физическото значение на плътността е обяснено по-долу. Той дава и формулата за плътността. В него е описано как да се измери експериментално.

Концепцията за плътност

Нека да започнем тази статия, като запишем директно формулата за плътността на материята. Той има следната форма:

ρ = m / V.

Тук m е масата на въпросното тяло. В системата SI той се изразява в килограми. В задачите и упражненията можете да откриете и други единици, например грамове или тонове.

V във формулата е обемът, който описва геометричните параметри на тялото. В SI се измерва в кубични метри, но се използват и кубични километри, литри, милилитри и т.н. д.

Формулата за плътност показва каква маса от дадено вещество се съдържа в единица обем. С помощта на ρ можем да преценим кое тяло тежи повече, когато обемът му е равен, или кое тяло има по-голям обем, ако масата му е равна. Например дървото е по-малко плътно от желязото. Следователно, ако обемите на тези вещества са равни, масата на желязото ще бъде значително по-голяма от тази на дървото.

Понятието за относителна плътност

Още името на тази величина показва, че изследваната величина за едно тяло ще се разглежда във връзка с аналогична характеристика за друго тяло. Формулата за относителната плътност ρ_r има тази форма:

ρ_r = ρ_s / ρ₀.

Където ρ_s - плътността на измервания материал, ρ₀ - е плътността, спрямо която се измерва ρ_r. Очевидно е, че ρ_r е безразмерен. Той показва колко пъти по-плътно е измерваното вещество от избрания стандарт.

За течности и твърди вещества като стандарт ρ₀ изберете тази стойност за дестилирана вода при 4 ^oC. Това е в този температура на водата има максимална плътност, която е удобна за изчисления - 1000 kg/m³ или 1 kg/l.

За газови системи за стандартна стойност се приема плътността на въздуха при атмосферно налягане и температура 0 ^oC.

Зависимост на плътността от налягането и температурата

Изследваната величина не е постоянна за дадено тяло, ако температурата или външното налягане се променят. В много случаи обаче течностите и твърдите тела са несвиваеми, което означава, че плътността им остава постоянна при промяна на налягането, както и при промяна на температурата.

Ефектът от налягането е следният: когато то се увеличава, средните междуатомни и междумолекулни разстояния намаляват, което увеличава броя на моловете на веществото в единица обем. Следователно плътността се увеличава. Очевиден ефект на налягането върху изследваната характеристика се наблюдава в случая на газове.

Температурата има обратен ефект на налягането. С повишаването на температурата кинетичната енергия на частиците на материята се увеличава, те започват да се движат по-активно, което води до увеличаване на средното разстояние между тях. Последният факт води до намаляване на плътността.

Този ефект отново се наблюдава по-ясно при газовете, отколкото при течностите и твърдите тела. Има едно изключение от горното правило - това е водата. Експериментално е установено, че в температурния диапазон 0-4 ^oПлътността му се увеличава при нагряване.

хомогенни и нехомогенни тела

Формулата за плътност, написана по-горе, съответства на така нареченото средно ρ за въпросното тяло. Ако изберем някакъв малък обем в него, изчислената стойност на ρ_i може да бъде много различна от предишната стойност. Това се дължи на неравномерното разпределение на масата в обема. В този случай плътността ρ_i се нарича местен.

Като се има предвид въпросът за нехомогенното разпределение на материята, изглежда интересно да се изясни един въпрос. Когато започнем да разглеждаме елементарен обем, близък до атомния мащаб, понятието за непрекъснатост на средата се нарушава и следователно е безсмислено да се използва характеристиката на локалната плътност. Известно е, че практически цялата маса на атома е съсредоточена в неговото ядро, чийто радиус е около 10^-13 измервателен уред. Плътността на ядрото се оценява с огромна цифра. Това е 2,3 * 10¹⁷ кг/м³.

Измерване на плътността

По-горе беше показано, че според формулата плътността е равна на отношението на масата към обема. Този факт дава възможност да се определи тази характеристика чрез просто претегляне на тялото и измерване на геометричните му параметри.

Ако формата на тялото е много сложна универсален метод за определяне на за определяне на плътността е хидростатичното претегляне. Тя се основава на използването на Архимедовата сила. Същността на метода е проста. Тялото се претегля първо във въздух, а след това във вода. Разликата в теглото се използва за изчисляване на неизвестната плътност. За целта се използва следната формула:

ρ = ρ_l * P₀ / (P₀ - P_l),

където P₀, P_l - теглото на тялото във въздух и в течност. Съответно ρ_l - плътност на течността.

Според легендата методът на хидростатичното претегляне за определяне на плътността е използван за първи път от сиракузкия философ Архимед. Без да нарушава физическата цялост на короната, той успява да установи, че за направата ѝ е използвано не само злато, но и други по-малко плътни метали.