Kom ons kyk in die artikel hoe om die digtheid te vind, en wat dit is. By die ontwerp van baie strukture en voertuie word 'n aantal fisiese eienskappe in ag geneem wat 'n bepaalde materiaal moet hê. Een daarvan is digtheid.
Massa en volume
Ontdek die betekenis van twee fisiese hoeveelhede wat direk daarmee verband hou – dit is massa en volume. Voordat ons die vraag beantwoord hoe om digtheid te vind.
Massa is 'n eienskap wat die traagheidseienskappe van liggame en hul vermoë om gravitasie-aantrekkingskrag na mekaar te toon, beskryf. Massa word in kilogram in die SI-stelsel gemeet.
Die konsepte van traagheids- en gravitasiemassas is die eerste keer deur Isaac Newton in fisika bekendgestel toe hy die wette van meganika en universele gravitasie geformuleer het.
Volume is 'n uitsluitlik geometriese eienskap van die liggaam, wat die deel van die ruimte wat dit beslaan kwantitatief weerspieël. Volume word gemeet in kubieke lengte-eenhede, byvoorbeeld, in SI is dit kubieke meter.
Vir liggame van bekende vorm(parallelpiped, bal, piramide) hierdie waarde kan bepaal word deur spesiale formules, vir voorwerpe van onreëlmatige meetkundige vorm, word die volume bepaal deur hulle in 'n vloeistof te dompel.
Fisiese hoeveelheid digtheid
Nou kan jy direk na die antwoord gaan op die vraag hoe om die digtheid te vind. Hierdie eienskap word bepaal deur die verhouding van liggaamsmassa tot die volume wat dit beslaan, wat wiskundig soos volg geskryf word:
ρ=m/V.
Hierdie gelykheid wys die eenhede van ρ (kg/m3). Dus word digtheid, massa en volume deur 'n enkele gelykheid verwant, en die waarde van ρ vir enige materiaal toon die volumekonsentrasie van sy massa.
Kom ons gee 'n eenvoudige voorbeeld: as jy plastiek- en ysterballe van dieselfde grootte in jou hand neem, sal die tweede een baie meer gewig as die eerste een hê. Hierdie feit is te wyte aan die hoë digtheid van yster in vergelyking met dié van plastiek.
Een van die belangrikste manifestasies van die verhouding van digthede in die natuur sal die dryfkrag van liggame wees. As die liggaam 'n laer digtheid as die vloeistof het, sal dit nooit daarin sink nie.
digtheid van materiale
Wanneer ons praat oor die digtheid van sekere materiale, bedoel hulle vaste stowwe. Gasse en vloeistowwe het ook 'n sekere digtheid, maar ons sal nie hier daaroor praat nie.
Soliede materiale kan óf kristallyn óf amorf wees. Die waarde van ρ hang af van die struktuur, interatomiese afstande en atoom- en molekulêre massas van materiale. Byvoorbeeld, alle metale is kristalle, en glas of hout hetamorfe struktuur. Hieronder is 'n tabel van die digtheid van verskillende soorte hout.
Neem asseblief kennis dat in hierdie geval die gemiddelde digtheid gegee word. In die werklike lewe het elke boom unieke kenmerke, insluitend leemtes, porieë en die teenwoordigheid van 'n sekere persentasie vog in die hout.
Hieronder is nog 'n tabel. Daarin word in g/cm3digthede van alle suiwer chemiese elemente wat by kamertemperatuur is gegee.
Dit kan uit die tabel gesien word dat alle elemente 'n digtheid groter as dié van water het. Die uitsondering is slegs drie metale – litium, kalium en natrium, wat nie sink nie, maar op die oppervlak van die water dryf.
Hoe word digtheid eksperimenteel gemeet?
In werklikheid is daar twee tegnieke om die eienskap wat bestudeer word, te bepaal. Die eerste is om die liggaam direk te weeg en sy lineêre afmetings te meet.
As die geometriese vorm van die liggaam kompleks is, word die sogenaamde hidrostatiese metode gebruik.
Die kern daarvan is soos volg: weeg eers die liggaam in die lug. Kom ons neem aan dat die gevolglike gewig P1 was. Daarna word die liggaam in 'n vloeistof met 'n bekende digtheid ρl geweeg. Laat die gewig van die liggaam in die vloeistof P2 wees. Dan sal die waarde van die digtheid ρ van die materiaal wat bestudeer word:
ρ=ρlP1/(P1-P 2).
Hierdie formule kan deur elke student op sy eie verkry word as hy die wet van Archimedes in ag neemvir die beskryfde geval.
Geskiedkundig word geglo dat hidrostatiese weeg vir die eerste keer deur die Griekse filosoof Archimedes gebruik is om die vals goue kroon te bepaal. Die eerste hidrostatiese balanse is aan die einde van die 16de eeu deur Galileo Galilei uitgevind. Tans word elektroniese piknometers en digtheidsmeters wyd gebruik om die waarde van ρ in vloeistowwe, vastestowwe en gasse eksperimenteel te bepaal.
Teoretiese definisie van digtheid
Die vraag oor hoe om die digtheid eksperimenteel te vind, is hierbo bespreek. Hierdie ρ van 'n onbekende materiaal kan egter teoreties gevind word. Om dit te doen, is dit nodig om die tipe kristalrooster, die parameters van hierdie rooster, sowel as die massa van die atome wat dit vorm, te ken. Aangesien enige elementêre kristalrooster 'n sekere geometriese vorm het, is dit maklik om 'n formule te vind om die volume daarvan te bepaal.
As 'n kristallyne materiaal uit verskeie chemiese elemente bestaan, soos metaallegerings, kan die gemiddelde digtheid daarvan bepaal word deur die volgende eenvoudige formule:
ρ=∑mi/∑(mi/ρi).
Waar mi, ρi die massa en digtheid van die i-de komponent onderskeidelik is.
As die materiaal 'n amorfe struktuur het, sal dit teoreties nie moontlik wees om die digtheid akkuraat te bepaal nie, en eksperimentele tegnieke moet gebruik word.
