Nadat die studente met die konsep van massa en volume van stowwe in fisika kennis gemaak het, bestudeer hulle 'n belangrike eienskap van enige liggaam, wat digtheid genoem word. Die artikel hieronder word aan hierdie waarde gewy. Die vrae oor die fisiese betekenis van digtheid word hieronder geopenbaar. Die digtheidsformule word ook gegee. Metodes vir die eksperimentele meting daarvan word beskryf.
Die konsep van digtheid
Kom ons begin die artikel met 'n direkte opname van die formule vir die digtheid van materie. Dit lyk so:
ρ=m / V.
Hier is m die massa van die beskoude liggaam. Dit word in die SI-stelsel in kilogram uitgedruk. In take en in die praktyk kan jy ook ander eenhede van sy afmetings vind, byvoorbeeld gram of ton.
Die simbool V in die formule dui die volume aan wat die geometriese parameters van die liggaam kenmerk. Dit word in SI in kubieke meter gemeet, maar kubieke kilometer, liter, milliliter, ens. word ook gebruik.
Die digtheidsformule wys watter massa van 'n stof in 'n eenheid voorkomvolume. Deur die waarde van ρ te gebruik, kan 'n mens skat watter van die twee liggame 'n groter gewig sal hê met gelyke volumes, of watter van die twee liggame 'n groter volume sal hê met gelyke massas. Byvoorbeeld, hout is minder dig as yster. Daarom, met gelyke volumes van hierdie stowwe, sal die massa yster dieselfde waarde vir 'n boom aansienlik oorskry.
Die konsep van relatiewe digtheid
Die naam van hierdie hoeveelheid dui aan dat die waarde wat bestudeer word vir een liggaam beskou sal word relatief tot 'n soortgelyke eienskap vir 'n ander. Die formule vir relatiewe digtheid ρr lyk soos volg:
ρr=ρs / ρ0.
Waar ρs die digtheid van die gemete materiaal is, is ρ0 die digtheid waarteen die waarde ρ r word gemeet . Dit is duidelik dat ρr dimensieloos is. Dit wys hoeveel keer die gemete stof digter is as die geselekteerde standaard.
Vir vloeistowwe en vaste stowwe, as standaard ρ0 kies hierdie waarde vir gedistilleerde water by 'n temperatuur van 4 oC. Dit is by hierdie temperatuur dat water 'n maksimum digtheid het, wat 'n gerieflike waarde vir berekeninge is - 1000 kg/m3 of 1 kg/l.
Vir gasstelsels is dit gebruiklik om lugdigtheid by atmosferiese druk en temperatuur 0 as standaard te gebruik oC.
Afhanklikheid van digtheid van druk en temperatuur
Die bestudeerde waarde is nie konstant vir 'n spesifieke liggaam nie,as jy sy temperatuur of eksterne druk verander. Vloeistowwe en vaste stowwe is egter in baie situasies onsaamdrukbaar, wat beteken dat hul digtheid konstant bly soos druk verander sowel as temperatuur verander.
Die invloed van druk word soos volg gemanifesteer: wanneer dit toeneem, verminder die gemiddelde interatomiese en intermolekulêre afstande, wat die aantal mol van 'n stof per eenheid volume verhoog. Die digtheid neem dus toe. 'n Duidelike invloed van druk op die eienskap wat bestudeer word, word waargeneem in die geval van gasse.
Temperature het die teenoorgestelde effek van druk. Met 'n toename in temperatuur neem die kinetiese energie van materiedeeltjies toe, hulle begin meer aktief beweeg, wat lei tot 'n toename in die gemiddelde afstande tussen hulle. Laasgenoemde feit lei tot 'n afname in digtheid.
Weereens, hierdie effek is meer uitgespreek vir gasse as vir vloeistowwe en vaste stowwe. Daar is 'n uitsondering op hierdie reël - dit is water. Dit is eksperimenteel vasgestel dat in die temperatuurreeks 0-4 oС sy digtheid toeneem met verhitting.
Homogene en onhomogene liggame
Die digtheidsformule wat hierbo geskryf is, stem ooreen met die sogenaamde gemiddelde ρ vir die beskoude liggaam. As ons 'n klein volume daarin toeken, dan kan die berekende waarde ρi baie van die vorige waarde verskil. Hierdie feit hou verband met die teenwoordigheid van 'n nie-uniforme verspreiding van massa oor volume. In hierdie geval, die digtheidρi word plaaslik genoem.
Met inagneming van die kwessie van nie-eenvormige verspreiding van materie, lyk dit interessant om een punt te verduidelik. Wanneer ons begin om 'n elementêre volume na aan atoomskale te oorweeg, word die konsep van medium kontinuïteit geskend, wat beteken dat dit geen sin maak om die plaaslike digtheidskenmerk te gebruik nie. Dit is bekend dat byna die hele massa van 'n atoom in sy kern gekonsentreer is, waarvan die radius ongeveer 10-13 meter is. Die digtheid van die kern word geskat deur 'n groot syfer. Dit is 2, 31017 kg/m3.
digtheidsmeting
Dit is hierbo getoon dat in ooreenstemming met die formule, die digtheid gelyk is aan die verhouding van massa tot volume. Hierdie feit stel ons in staat om die gespesifiseerde eienskap te bepaal deur bloot die liggaam te weeg en sy meetkundige parameters te meet.
As die vorm van die liggaam baie kompleks is, dan sal die universele metode om die digtheid te bepaal hidrostatiese weeg wees. Dit is gebaseer op die gebruik van Archimediese mag. Die kern van die metode is eenvoudig. Die liggaam word eers in lug en dan in water geweeg. Die verskil in gewig word gebruik om die onbekende digtheid te bereken. Om dit te doen, gebruik die volgende formule:
ρ=ρl P0 / (P0 - P l),
waar P0, Pl - liggaamsgewig in lug en vloeistof. Gevolglik is ρl die digtheid van die vloeistof.
Die metode van hidrostatiese weeg om die digtheid te bepaal, is volgens legende die eerste keer deur 'n filosoof van Syracuse gebruikArchimedes. Hy kon, sonder om die fisiese integriteit van die kroon te skend, vasstel dat nie net goud nie, maar ook ander minder digte metale gebruik is om dit te maak.
