От чего зависит плотность жидкости: Sceptic-Ratio. Cвойства жидкости

Чем определяется плотность вещества. Масса и плотность вещества

Со словом «масса» люди сталкиваются очень часто в повседневной жизни. Его пишут на упаковках с товаром, а все окружающие нас предметы также обладают своей уникальной массой.

Определение 1

Под массой принято понимать физическую величину, которая показывает количество вещества, содержащегося в теле.

Из курса физика известно, что все вещества состоят из составных элементов: атомов и молекул. В различных веществах массы атомов и молекул неодинаковы, поэтому масса тела зависит от характеристик сверхмалых частиц. Существует зависимость, исходя из которой понятно, что более плотное расположение атомов в теле повышает общую массу и наоборот.

В настоящее время выделяют разные свойства материи, при помощи которых можно охарактеризовать массу:

• способность тела к сопротивлению при изменении его скорости;
• способность тела притягиваться к другому объекту;
• количественный состав частиц в определенном теле;
• количество работы, совершаемой телом.

Численное значение величины массы тела остается во всех случаях на одном уровне. При решении задач численное значение массы тела можно брать одинаковое, поскольку нет зависимости, какое свойство материи отражает масса.

Инертность

Существует два вида масс:

• инертная масса;
• гравитационная масса.

Сопротивление тела попыткам изменить его скорость называется инертностью. Не все тела могут менять свою изначальную скорость с одинаковой силой, поскольку они обладают разной инертной массой. Одни тела при одинаковом воздействии со стороны иных тел, которые его окружают, способны быстро менять свою скорость, а другие в идентичных условиях – не могут, то есть меняют скорость заметно медленнее первых тел.

Инертность изменяется исходя из характеристик массы тела. Тело, которое меняет скорость медленнее, обладает большой массой. Мерой инертности тела является инертная масса объекта. При взаимодействии двух тел друг с другом изменяется скорость у обоих объектов.

В этом случае принято говорить, что тела приобретают ускорение.

$\frac{a_1}{a_2} = \frac{m_2}{m_1}$

Отношение модулей ускорений тел, которые взаимодействуют друг с другом, равно обратному отношению их масс.

Замечание 1

Гравитационная масса – мера гравитационного взаимодействия тел. Инертная и гравитационная масса пропорциональны друг относительно друга. Равенство гравитационной и инертной масс достигается при выборе коэффициента пропорциональности. Он должен быть равен единице.

Массу измеряют в системе СИ в виде килограммов (кг).

Свойства массы

Масса обладает несколькими основополагающими свойствами:

• она всегда положительная;
• масса системы тел равна сумме масс тел, которые входят в эту систему;
• масса в классической механике не зависит от скорости движения тела и его характера;
• масса замкнутой системы сохраняется в случае различных взаимодействий тел друг с другом.

Для измерения величины массы на международном уровне был принят эталон массы. Он получил название килограмм. Эталон хранится во Франции и представляет собой металлический цилиндр, высота и диаметр которого составляет 39 миллиметров. Эталон – величина, которая отражает способность тела притягиваться к другому телу.

Массу в системе СИ обозначают в виде латинской маленькой буквы $m$. Масса является скалярной величиной.

Существует несколько способов определения массы на практике. Чаще всего используют метод взвешивания тела на конструкции весов. Таким способом измеряется гравитационная масса. Весы бывают различных видов:

• электронные:
• рычажные;
• пружинные.

Измерение массы тела путем взвешивания на весах – наиболее древний способ. Им пользовались жители Древнего Египта еще 4 тысячи лет назад. В наше время конструкции весов имеют различные очертания и размеры. Они позволяют определять массу тела сверхмалых форм, а также многотонных грузов. Такие весы обычно используются на транспорте или промышленных предприятиях.

Понятие плотности вещества

Определение 2

Плотность является скалярной физической величиной, которая определяется массой единичного объема конкретного вещества. {3}$.

Замечание 2

Плотность вещества зависит от массы атомов, из которых состоит вещество, а также плотности упаковки молекул в веществе.

Плотность тела увеличивается под влиянием большого количества атомов. Различные агрегатные состояния вещества существенно изменяют плотность определенного вещества.

Твердые вещества обладают большой степенью плотности, так как в таком состоянии атомы очень плотно упакованы. Если рассматривать то же самое вещество в жидком агрегатном состоянии, то его плотность уменьшится, но останется примерно на сопоставимом уровне. В газах молекулы вещества максимально далеко находятся друг от друга, поэтому упаковка атомов на этом уровне агрегатного состояния очень низка. Вещества будут иметь наименьшую плотность.

В настоящее время исследователи составляют специальные таблицы плотности различных веществ. Наибольшие показатели по плотности имеют металлы осмий, иридий, платина, золото. Все эти материалы славятся своей безупречной прочностью. Средние показатели по плотности у алюминия, стекла, бетона – эти материалы имеют особые технические характеристики и часто используются в строительстве. Наименьшие показатели по плотности имеют сухая сосна и пробка, поэтому они не тонут в воде. Вода обладает плотностью в 1000 килограммов на кубический метр.

Ученые смогли новыми методами вычислений определить среднюю плотность вещества во Вселенной. Результаты экспериментов показали, что в основном космическое пространство разрежено, то есть там практически отсутствует плотность – примерно шесть атомов на кубический метр. Это означает, что значения массы в такой плотности также будут уникальными.

Плотность — физическая величина, характеризующая физические свойства вещества, которая равна отношению массы тела к занимаемому этим телом объёму.

Плотность (плотность однородного тела или средняя плотность неоднородного) можно расчитать по формуле:

[ρ] = кг/м³; [m] = кг; [V] = м³.

где m — масса тела, V — его объём; формула является просто математической записью определения термина «плотность».

Все вещества состоят из молекул, следовательно масса всякого тела складывается из масс его молекул. Это подобно тому, как масса пакета с конфетами складывается из масс всех конфет в пакете. Если все конфеты одинаковы, то массу пакета с конфетами можно было бы определить, умножив массу одной конфеты на число конфет в пакете.

Молекулы чистого вещества одинаковы. Поэтому масса капли воды равна произведению массы одной молекулы воды на число молекул в капле.

Плотность вещества показывает, чему равна масса 1 м³ этого вещества.

Плотность воды равна 1000 кг/м³, значит, масса 1 м³ воды равна 1000 кг. Это число можно получить, умножив массу одной молекулы воды на число молекул, содержащихся в 1 м³ его объёма.
Плотность льда равна 900 кг/м³, это означает, что масса 1 м³ льда равна 900 кг.
Иногда используют единицу измерения плотности г/см³, поэтому ещё можно сказать, что масса 1см³ льда равна 0,9 г.

Каждое вещество занимает некоторый объём. И может оказаться, что объёмы двух тел равны , а их массы различны.

В этом случае говорят, что плотности этих веществ различны.

Также при равенстве масс двух тел их объёмы будут различны. Например, объём льда почти в 9 раз больше объёма железного бруса.

Плотность вещества зависит от его температуры.

При повышении температуры обычно плотность уменьшается. Это связано с термическим расширением, когда при неизменной массе увеличивается объём.

При уменьшении температуры плотность увеличивается. Хотя существуют вещества, плотность которых в определённом диапазоне температур ведёт себя иначе. Например, вода, бронза, чугун. Так, плотность воды имеет максимальное значение при 4 °C и уменьшается как с повышением, так и с понижением температуры относительно этого значения.

При изменении агрегатного состояния плотность вещества меняется скачкообразно: плотность растёт при переходе из газообразного состояния в жидкое и при затвердевании жидкости. Вода, кремний, висмут и некоторые другие вещества являются исключениями из данного правила, так как их плотность при затвердевании уменьшается.

Решение задач

Задача №1.

Прямоугольная металлическая пластинка длиной 5 см, шириной 3 см и толщиной 5 мм имеет массу 85 г. Из какого материала она может быть иготовлена?

Анализ физической проблемы. Чтобы ответить на поставленный вопрос, необходимо определить плотность вещества, из которого изготовлена пластинка. Затем, воспользовавшись таблицей плотностей, определить – какому веществу соответствует найденое значение плотности. Эту задачу можно решить в данных единицах (т.е. без перевода в СИ).

Задача №2.

Медный шар объёмом 200 см 3 имеет массу 1,6 кг. Определите, цельный этот шар или пустой. Если шар пустой, то определите объём полости.

Анализ физической проблемы. Если объём меди меньше объёма шара V мед

Задача №3.

Канистра, которая вмещает 20 кг воды, наполнили бензином. Определите массу бензина в канистре.

Анализ физической проблемы. Для определения массы бензина в канистре нам необходимо найти плотность бензина и ёмкость канистры, которая равна объёму воды. Объём воды определим по её массе и плотности. Плотность воды и бензина найдём в таблице. Задачу лучше решать в единицах СИ.

Задача №4.

Из 800 см 3 олова и 100 см 3 свинца изготовили сплав. Какова его плотность? Каково отношение масс олова и свинца в сплаве?

Плотность представляет собой физический параметр вещества, который находится в тесной взаимосвязи с его массой и объемом. Соотношение между этими параметрами обыкновенно определяется формулой p = m / V, где p — это плотность вещества, m — его масса, а V — объем. Таким образом, вещества, имеющие одинаковый объем, но при этом различную массу, во всей видимости, различаются между собой по плотности. То же можно сказать, если при одинаковой массе какие-либо вещества имеют разный объем.

Среди всех прочих веществ на планете Земля самую низкую плотность имеют газы. Жидкости, как правило, характеризуются более высокой по сравнению с ними плотностью, а максимальное значение этого показателя можно встретить у твердых веществ.

Так, например, наиболее плотным металлом принято считать осмий.

Измерение плотности

Для измерения плотности , а также других предметных областях, это понятие, принята специальная комплексная единица измерения, основанная на взаимосвязи плотности с массой и объемом вещества. Так, в международной системе единиц измерения СИ единицей, используемой для описания плотности вещества, является килограмм на один кубический метр, которую принято обозначать как кг/м³.

Вместе с тем, в случае, если речь идет об очень малых объемах вещества, в отношении которого необходимо измерить плотность, в применяется использование производной от этой общепринятой единицы, выражаемой как количество граммов на кубический сантиметр. В сокращенном виде эту единицу принято обозначать г/см³.

При этом плотность различных веществ имеет тенденцию к изменению в зависимости от температуры: в большинстве случаев ее понижение влечет за собой увеличение плотности вещества. Так, например, обыкновенный воздух при температуре +20оС имеет плотность, равную 1,20 кг/м³, тогда как при понижении температуры до 0оС его плотность увеличится до 1,29 кг/м³, а при ее дальнейшем понижении до -50оС плотность воздуха достигнет 1,58 кг/м³. Вместе с тем, некоторые вещества представляют собой исключение из этого правила, так как изменение их плотности не подчиняется указанной закономерности: к ним относится, например, вода.

Для измерения плотности веществ применяются различные физические приборы. Так, например, измерить плотность жидкости можно при помощи ареометра, а для того чтобы определить плотность твердого или газообразного вещества, можно воспользоваться пикнометром.

Все вокруг нас состоит из разных веществ. Корабли и бани строят из дерева, утюги и раскладушки делают из железа, покрышки на колесах и стёрки на карандашах — из резины. И разные предметы имеют разный вес — любой из нас без проблем донесет с рынка сочную спелую дыню, а вот над гирей такого же размера уже придется попотеть.

Все помнят знаменитую шутку: «Что тяжелее? Килограмм гвоздей или килограмм пуха?». Мы-то уже не попадемся на эту детскую уловку, мы знаем, что вес и того и другого будет одинаковым, а вот объем будет существенно отличаться. Так почему это происходит? Почему разные тела и вещества имеют разный вес при одинаковом размере? Или наоборот, одинаковый вес при разном размере? Очевидно, что есть какая-то характеристика, вследствие которой вещества так отличаются друг от друга. В физике эта характеристика носит название плотности вещества и проходится в седьмом классе.

Плотность вещества: определение и формула

Определение плотности вещества следующее: плотность показывает, чему равна масса вещества в единице объема, например, в одном кубическом метре. Так, плотность воды 1000 кг/ м3 , а льда — 900 кг/м3, именно поэтому лед легче и находится сверху зимой на водоемах. То есть, что показывает нам плотность вещества в данном случае? Плотность льда равная 900 кг/м3, означает, что куб льда со сторонами 1 метр весит 900 кг. 3 . Еще следует помнить, что плотность вещества различна в разных агрегатных состояниях. То есть в твердом, жидком или газообразном. Плотность твердых тел, чаще всего, выше плотности жидкостей и намного выше плотности газов. Пожалуй, очень полезное для нас исключение — это вода, которая, как мы уже рассматривали, в твердом состоянии весит меньше, чем в жидком. Именно вследствие этой странной особенности воды на Земле возможна жизнь. Жизнь на нашей планете, как известно, произошла из океанов. А если бы вода вела себя, как и все остальные вещества, то вода в морях и океанах промерзла бы насквозь, лед, будучи тяжелее воды, опустился бы на дно и лежал там, не тая. И только на экваторе в небольшой толще воды существовала бы жизнь в виде нескольких видов бактерий. Так что можно сказать спасибо воде за то, что мы существуем.

Чтобы понять, каким образом и в чем измеряется плотность, прежде всего, необходимо дать определение слову плотность.Плотность вещества — это физическая величина, определяемая для однородного вещества массой его единичного объёма. Иными словами плотность это отношение массы вещества к его объёму.

Существует два основных метода определения плотности вещества — это прямой метод и косвенный. К косвенному методу относится математический расчёт плотности вещества по формуле, ρ = m / V , где ρ — плотность, m — масса вещества, V — объём вещества.
Возникает вопрос, а в каких единицах измеряется плотность? Это зависит от того, какое количество вещества было принято за массу и для какого единичного объёма.Например, если наполнить ёмкость объёмом 1л водой, затем взвесить эту ёмкость вместе с водой и от полученной массы отнять массу ёмкости — получим массу воды. Допустим полученное значение массы воды равно 1кг. После чего, зная массу и объём воды, математически (косвенным методом) можно рассчитать плотность воды, поделив массу воды (1 кг) на объём (1л). Полученное значение 1 кг/л и есть плотность воды, где кг/л — то, в чем измеряется плотность.

Для прямого измерения плотности жидкости используются такие средства измерения, как ареометры или электронные плотномеры , как у компании — производителя плотномеров LEMIS Baltic. Данные средства измерения будут выдавать значения плотности измеряемой жидкости в г/см3 и в кг/м3 — это то, в каких единицах измеряется плотность по стандарту в системе СИ.

Т.е. однозначного ответа в чем измеряется плотность нет. Самые часто используемые величины были указаны ранее. Но также могут быть использованы и другие. Например, если в стране используется не метрическая система измерения, то единицы измерения плотности совершенно другие.

4. Основные свойства жидкости Плотность

Плотность жидкости , так же как любых других тел, представляет собой массу единицы объёма, и для бесконечно малого объёма жидкости dV массой dM может быть определена по формуле:

Для однородных жидкостей можно считать, что

где M – масса жидкости,

V – объём жидкости.

Единицы измерения:

[кг/м³], [кг/дм³], [кг/л], [г/см³].

Плотность жидкости зависит от температуры и давления. Все жидкости, кроме воды, характеризуются уменьшением плотности с ростом температуры. Плотность воды имеет максимум приt = 4 ^оC и уменьшается при любых других температурах. В этом проявляется одно из аномальных свойств воды. Температура, при которой плотность воды максимальная, с увеличением давления уменьшается. Так, при давлении 14 МПа вода имеет максимальную плотность при 0,6 ^оC.

Плотность пресной воды равна 1000 кг/м³, солёной морской воды — 1020 ÷ 1030, нефти и нефтепродуктов – 650 ÷ 900 кг/м³, ртути – 13596 кг/м³.

При изменении давления плотность жидкостей изменяется незначительно. В большинстве случаев плотность жидкости в расчётах можно принимать постоянной. Однако встречаются случаи, когда изменением плотности пренебрегать нельзя, т.к. это может привести к значительным ошибкам.

Удельный вес

Удельным весом жидкости — называется вес единицы её объёма. Эта величина выражается формулой для бесконечно малого объёма жидкости dV с весом dG:

Для однородных жидкостей можно считать:

,

где G – вес жидкости.

Удельный вес жидкости и плотность связаны соотношением:

,

где g – ускорение свободного падения.

Единицы измерения: [Н/м³], [Н/дм³], [Н/л], [Н/см³], 1Н=1кг•м/с².

Значение ускорения свободного падения g на земле изменяется от 9,831 м/с² на полюсах до 9,781 м/с² на экваторе.

Относительный удельный вес

Иногда удобно использовать такую характеристику жидкости, которая называется «относительный удельный вес». Это отношение удельного веса жидкости к удельному весу пресной воды

Единицы измерения: Относительный удельный вес — величина безразмерная.

Сжимаемость жидкости

Сжимаемость жидкости это свойство жидкостей изменять свой объём при изменении давления. 

Сжимаемость характеризуетсякоэффициентом объёмного сжатия (сжимаемости) β_P, представляющим собой относительное изменение объёма жидкости V при изменении давления P на единицу.

Знак минус в формуле указывает, что при увеличении давления объём жидкости уменьшается.

Единицы измерения: Па^-1 (Паскаль. 1Па=1Н/м²).

Отсутствие знака минус в этом выражении означает, что увеличение давления приводит к увеличению плотности.

Величина, обратная коэффициенту сжимаемости, или, по-другому, коэффициенту объёмного сжатия , обозначается

и называется объёмным модулем упругости жидкости.

Тогда предыдущая формула примет вид

.

Это выражение называется законом Гука для жидкости.

Единицы измерения: [Па], [МПа], [кГс/ см²].

Модуль упругостиЕ_ж зависит от температуры и давления. Поэтому различают два модуля упругости: адиабатический и изотермический. Первый имеет место при быстротекущих процессах без теплообмена. Процессы, происходящие в большинстве гидросистем, происходят с теплообменом, поэтому чаще используется изотермический модуль упругости. Примерная форма зависимостей E_ж от P и t⁰ представлена на графиках. Всё это говорит о том, что жидкости не вполне точно следуют закону Гука.

Приведём несколько примеров значений модулей упругости.

Минеральные масла, используемые в технологических машинах с гидравлическим приводом, при t⁰ = 20 ^оC имеют объёмные модули упругости 1,35·10³ ÷ 1,75·10³ МПа (меньшее значение относится к более легкому маслу), бензин и керосин – приблизительно 1,3·10³ МПа, глицерин — 4,4·10³ МПа, ртуть – в среднем 3,2·10³ МПа.

В практике эксплуатации гидравлических систем имеются случаи, когда вследствие действия того или иного возмущения в жидкости может значительно изменяться давление. В таких случаях пренебрежение сжимаемостью приводит к существенным погрешностям.

2.4: Плотность и ее приложения

1. Последнее обновление

2. Сохранить как PDF

Идентификатор страницы

3552

• Стивен Лоуэр
• Университет Саймона Фрейзера

Плотность объекта является одним из его наиболее важных и легко измеряемых физических свойств. Плотности широко используются для идентификации чистых веществ, а также для характеристики и оценки состава многих видов смесей. Цель этого урока — показать, как определяются, измеряются и используются плотности, а также убедиться, что вы понимаете тесно связанные понятия плавучести и удельного веса, а также роли, которые они играют в нашей жизни и окружающей среде.

Что такое плотность?

Большинство из нас давно поняли, что «масло легче воды» или что железо «тяжелее» сахара. Но, делая такие заявления, мы неявно сравниваем равных объемов этих веществ: ведь мы знаем, что чашка сахара будет весить больше, чем один обыкновенный стальной гвоздь. Масса и объем являются мерами количества вещества и как таковые определяются как экстенсивных свойств материи. Отношение двух экстенсивных свойств всегда равно 9.0036 интенсивное свойство — такое, которое характеризует определенный вид материи, независимо от ее размера или массы. Именно это отношение (масса ÷ объем) нас интересует в этом Модуле.

Эти графики показывают, как массы трех жидкостей зависят от их объемов. Обратите внимание, что

• все графики имеют одно и то же начало (0,0): если масса равна нулю, то равен и объем;
• все графики прямые, что означает прямую пропорциональность.

Единственная разница между этими участками заключается в их склонах. Обозначив массу и объем через \(m\) и \(V\) соответственно, мы можем записать уравнение каждой прямой в виде \(m = \rho V\), где наклон \(\rho\) (греч. case rho ) — константа пропорциональности, которая связывает массу с объемом. Эта величина \(\rho\) известна как плотность , которая обычно определяется как масса на единицу объема:

\[\rho = \dfrac{m}{V}.\]

Единицы объема миллилитров (мл) и кубических сантиметров (см ³ ) идентичны и обычно используются взаимозаменяемо.

Общее значение плотности — это количество чего-либо в единице объема. То, что мы условно называем «плотностью», более точно известно как «массовая плотность».

Плотность может быть выражена в любой комбинации единиц массы и объема; наиболее распространенными единицами измерения являются граммы на мл (г/мл ^–1 , г см ^–3 ) или килограммы на литр.

1 кг м ^–3 = 10 ^–3 г л ^–1 = 62,4 фунт-фут ^–3

Плотности обычных веществ

Диапазон плотностей встречается в удивительно широком диапазоне значений плотности. , от практически нуля в космическом пространстве до невообразимо огромных значений, обнаруженных в звездных телах. Эти очень высокие плотности представляют собой предельные пределы того, сколько массы может быть упаковано в данный объем. Следующая таблица даст вам некоторое представление о значениях плотности, встречающихся в природе в целом (вверху), в обычных твердых телах (в центре) и в газах и жидкостях (внизу). Обратите внимание, что для отображения достаточно широких диапазонов значений в ограниченном пространстве шкалы плотности логарифмические ; таким образом, ноль на этих шкалах соответствует плотности воды (10 ⁰ = 1 г см ^–3 ). Плотности обычных веществ (включая газы) указаны в основном при температуре около 20 °C. давление и температура, которые всегда должны быть указаны. В той мере, в какой газ демонстрирует идеальное поведение (низкое давление, высокая температура), плотность газа прямо пропорциональна массам составляющих его атомов и, следовательно, его молекулярной массе. Измерение плотности газа — это простой экспериментальный способ определения его молекулярной массы.

Жидкости охватывают промежуточный диапазон плотностей. Ртуть, будучи жидким металлом, является чем-то вроде исключения. Плотность жидкости в значительной степени не зависит от давления, но в некоторой степени чувствительна к температуре.

Диапазон плотностей твердых веществ довольно широк. Металлы, атомы которых упакованы довольно компактно, имеют самую высокую плотность, хотя плотность лития, самого высокого металлического элемента, довольно низкая. Композитные материалы, такие как дерево и пенополиуретан высокой плотности, содержат пустоты, которые снижают среднюю плотность.

Как температура влияет на плотность

Все вещества имеют тенденцию к расширению при нагревании, в результате чего та же масса занимает больший объем и, таким образом, снижается плотность. Для большинства твердых тел это расширение относительно невелико, но им нельзя пренебрегать; для жидкостей больше. Объемы газов, как вы, возможно, уже знаете, очень чувствительны к температуре, как и их плотности.

Что является причиной теплового расширения? Когда молекулы приобретают тепловую энергию, они движутся более энергично. В конденсированных фазах (жидкости и твердые тела) это движение носит характер неравномерного толчка или толкания, что приводит к увеличению среднего расстояния между молекулами, что приводит к увеличению объема и уменьшению плотности.

Применения плотности

Лавовые лампы

Известные в более широком смысле как «лампы движения жидкости», эти устройства стали популярными в 1970-х годах и представляют собой приятную, хотя и несколько завораживающую иллюстрацию плотности и плавучести в действии, как сочащиеся капли. слизь двигаться вверх и вниз в постоянно меняющихся формах. Эти лампы состоят из емкости с водой, в которую помещена окрашенная органическая маслянистая жидкость, не смешивающаяся с водой, что составляет вторую фазу. Состав масляной фазы таков, что ее плотность немного больше плотности воды при комнатной температуре, поэтому она обычно находится на дне емкости. Когда лампа включена, источник тепла (обычно лампа накаливания), скрытый в основании контейнера, нагревает масляную фазу. Это снижает его плотность до значения ниже плотности воды, в результате чего капли масла поднимаются наверх контейнера. Находясь теперь далеко от источника тепла, капли остывают и опускаются обратно на дно, где они повторяют цикл.

Авторы и авторство

---

Эта страница под названием 2.4: Density и ее приложения распространяется по незаявленной лицензии и была создана, изменена и/или курирована Стивеном Лоуэром с помощью исходного контента, отредактированного в соответствии со стилем и стандартами платформы LibreTexts; подробная история редактирования доступна по запросу.

1. Наверх

• Была ли эта статья полезной?

1. Тип изделия

   Раздел или Страница

   Автор

   Стивен Лоуэр

   хайтоп

   да

   Показать страницу TOC

   № на стр.

2. Метки

   1. плавучесть
   2. плотность
   3. Ареометр
   4. источник@http://www. chem1.com/acad/webtext/virtualtextbook.html
   5. удельный вес
   6. удельный объем

2.9: Плотность — Химия LibreTexts

1. Последнее обновление

2. Сохранить как PDF

Идентификатор страницы

328720

После того, как деревья вырублены, лесозаготовительные компании часто перемещают сырье вниз по реке на лесопилку, где из него можно сделать строительные материалы или другую продукцию. Бревна плавают в воде, потому что они менее плотны, чем вода, в которой они находятся. Знание плотности важно для определения характеристик и разделения материалов. Информация о плотности позволяет нам делать предсказания о поведении материи.
 

Рисунок \(\PageIndex{1}\): Журналы движения по реке Фрейзер недалеко от Ванкувера, Британская Колумбия (Тони Хиссетт из Flickr)

Плотность

Мяч для гольфа и мяч для настольного тенниса примерно одинакового размера. Однако мяч для гольфа намного тяжелее мяча для настольного тенниса. Теперь представьте себе шар такого же размера, сделанный из свинца. Это было бы действительно очень тяжело! Что мы сравниваем? Сравнивая массу объекта с его размером, мы изучаем свойство, называемое плотностью . Плотность – это отношение массы объекта к его объему.

\[\text{плотность} = \dfrac{\text{масса}}{\text{объем}}\]

или просто

\[d=\dfrac мВ \label{eq2}\]

Плотность является интенсивным свойством, а это означает, что она не зависит от количества материала, присутствующего в образце. Вода имеет плотность \(1,0 \: \text{г/мл}\). Эта плотность одинакова, есть ли у вас маленький стакан воды или бассейн, полный воды. Плотность – это свойство, постоянное для конкретного вида изучаемой материи. 93 \справа)\). Поскольку кубический сантиметр равен миллилитру, единицы плотности также могут быть выражены как \(\text{г/мл}\). Газы гораздо менее плотные, чем твердые тела и жидкости, поэтому их плотность часто указывается в \(\text{г/л}\). Плотности некоторых распространенных веществ при 20 °C (если не указано иное) перечислены в таблице ниже.
 

Таблица \(\PageIndex{1}\): плотности некоторых обычных веществ

Жидкости и твердые вещества	Плотность при 20°C (г/мл)	Газы	Плотность при 20°C (г/л)
Этанол	0,79	Водород	0,084
Лед при 0°C	0,917	Гелий	0,166
Кукурузное масло	0,922	Воздух	1,20
Вода	0,998	Кислород	1,33
Вода при 4°C	1. 000	Углекислый газ	1,83
Кукурузный сироп	1,36	Радон	9,23
Алюминий	2,70
Медь	8,96
Свинец	11,35
Меркурий	13,6
Золото	19,3

Плотность вещества зависит от температуры и обычно уменьшается при повышении температуры из-за того, что большинство материалов расширяются при повышении температуры. Поскольку мы знаем, что лед плавает в воде, должно быть понятно, что он менее плотный. Точно так же мы ожидаем, что кукурузный сироп утонет в воде, поскольку он более плотный.
 

✅ Пример \(\PageIndex{1}\)

Деревянный брусок имеет размеры 16,6 х 8,7 х 3,6 см и массу 234,1 г. Какова плотность деревянного бруска?

Решение

Этапы решения проблемы
Перечислите известные количества.	Масса = 234,1 г Размеры = 16,6 см × 8,7 см × 3,6 см 93}\;\)
Подумайте о своем результате.	Поскольку плотность воды составляет 1 г/см 3  и мы знаем, что почти вся древесина плавает в воде, плотность 0,45 г/см 3  имеет смысл для деревянного бруска. Кроме того, ответ округляется до двух значащих цифр, поскольку 3,6 см и 8,7 см имеют две значащие цифры, а все измерения и все операции включают умножение или деление.

Поскольку значения плотности известны для многих веществ, плотность можно использовать для определения неизвестной массы или неизвестного объема. Анализ размерностей будет использоваться для обеспечения надлежащего сокращения единиц.
 

✅ Пример \(\PageIndex{2}\)

Если 55,8 мл воды при температуре 22°C добавить в пустой мерный цилиндр массой 100,62 г, какова общая масса цилиндра и вода? Плотность воды при 22°С составляет 0,998 г/мл.

Решение

Этапы решения проблемы
Перечислите известные количества.	\(d_{вода}=0,998\;\mathrm g/\mathrm{мл}\;\) \(V_{вода}=55,8\;\mathrm{мл}\;\) \(m_{цилиндр}=100,62\;\mathrm g\)
Спланируйте задачу.	\(m_{всего}=m_{цилиндр}+m_{воды} ⇒ m_{всего}=100,62\;\mathrm g+m_{воды}\) \(d=\dfrac мВ\) Решите для м .
Подсчитайте ответ.	Переформулируйте уравнение, чтобы найти массу воды: \(V\cdot d=\dfrac m{\cancel V}\cdot\cancel V\) \(m=V\cdot d\;\Rightarrow\;m_{вода}=V_{вода}\cdot d_{вода}\) Подставьте объем и плотность воды, чтобы найти массу воды. \(m_{total}=(55,8\;\cancel{\mathrm{мл}})\left(0,998\;\dfrac{\mathrm g}{\cancel{\mathrm{мл}}}\right)= 55.\underline69\;\mathrm g\;=\;55.7\;\mathrm g\) Масса воды известна с точностью до трех значащих цифр, или 55,7 г. Полная масса может быть найдена суммированием массы цилиндра и массы воды. Чтобы избежать потенциальных проблем с округлением, мы должны добавить хотя бы одну дополнительную цифру в массу воды. \(m_{всего}=100,62\;\mathrm g\;+\;55.\underline69\;\mathrm g\;=\;156.\underline31\;\mathrm g\;=\;\boxed{ 156.3\;\mathrm g}\) Общая масса 156,3 г. Ответ округляется до десятых, так как масса воды была известна с точностью до десятых (последняя операция предполагает сложение, поэтому при округлении обращаем внимание на десятичные разряды, а не на значащие цифры).
Подумайте о своем результате.	Поскольку плотность воды при 22°C составляет около 1 г/мл, ее масса (в граммах) численно близка к ее объему (в мл). Следовательно, масса воды 55,7 г имеет смысл. Добавить массу воды к уже известной массе цилиндра очень просто.

✏️ Упражнение \(\PageIndex{1}\)

1. Найдите плотность (в кг/л) образца объемом 36,5 л и массой 10,0 кг.
2. Каков объем 100,0 г воздуха при 20°С? См. таблицу \(\PageIndex{1}\) для плотности.

Ответ А

0,274 кг/л

Ответ Б

83,3 л

Плотность как коэффициент преобразования

Коэффициенты преобразования также могут быть рассчитаны для преобразования различных типов единиц. Например, плотность можно использовать для преобразования массы в объем вещества. Рассмотрим ртуть, которая при комнатной температуре представляет собой жидкость и имеет плотность 13,6 г/мл. Плотность говорит нам о том, что 13,6 г ртути имеют объем 1 мл. Мы можем записать это отношение следующим образом:

13,6 г ртути = 1 мл ртути

Это соотношение можно использовать для построения двух переводных коэффициентов:

\(\dfrac{13,6\;\mathrm g}{1\;\mathrm{мл}}=1\)

и

\(\dfrac{1\;\mathrm{mL}}{13.6\;\mathrm g}=1\)

Какой из них мы используем? Это зависит, как обычно, от единиц, которые нам нужно отменить и ввести. Например, предположим, что мы хотим узнать массу 2,0 мл ртути. Мы будем использовать коэффициент пересчета, который имеет миллилитры внизу (чтобы единица измерения миллилитров отменялась) и граммы вверху, так что наш окончательный ответ имеет единицу массы:

\(2,0\:\cancel{\mathrm{мл}}\times\dfrac{13,6\:\mathrm g}{1\:\cancel{\mathrm{мл}}}=27,2\:\mathrm g= \boxed{27\:\mathrm g}\)

На последнем шаге мы ограничиваем наш окончательный ответ двумя значащими цифрами, потому что объемная величина имеет только две значащие цифры; 1 в единице объема считается точным числом, поэтому она не влияет на количество значащих цифр. Другой коэффициент преобразования был бы полезен, если бы нам дали массу и попросили найти объем, как показано в следующем примере.
 

✅ Пример \(\PageIndex{3}\)

Ртутный термометр для измерения температуры пациента содержит 0,750 г ртути. Каков объем этой массы ртути?

Решение

Этапы решения проблемы	Преобразование единиц измерения
Определите «данную» информацию и то, что проблема просит вас «найти».	Дано: 0,750 г Найти: мл
Перечислите другие известные величины (см. Таблицу \(\PageIndex{1}\)).	плотность ртути = 13,6 г/мл
Подготовьте концептуальную карту и используйте соответствующие преобразования.	\({\color[rgb]{0,8, 0,0, 0,0}\boxed{\;\;\;\;\mathrm g\;\;\;\;}}\;\xrightarrow[{13,6\; \ mathrm g}] {1 \; }}\)
Подсчитайте ответ.	\( 0,750\;\cancel{\mathrm g}\times\dfrac{1\;\mathrm m\mathrm L}{13,6\;\cancel{\mathrm g}}=0,055\underline147…\; \mathrm m\mathrm L=\boxed{0,0551\;\mathrm m\mathrm L}\) Окончательный ответ округляется до трех значащих цифр.

 

✏️ Упражнение \(\PageIndex{2}\)

В мерный цилиндр было помещено несколько медных монет, вытеснивших 18,1 мл воды. Используя таблицу \(\PageIndex{1}\), какова масса монет?

Ответить

162 г

Резюме

• Плотность – это отношение массы объекта к его объему.
• Газы менее плотны, чем твердые тела или жидкости.
• Как жидкие, так и твердые материалы могут иметь различную плотность.
• Для жидкостей и газов температура в некоторой степени влияет на плотность.
• Плотность можно использовать в качестве коэффициента преобразования массы в объем.
       

Авторы и авторство

Эта страница была создана на основе контента следующих авторов и отредактирована (тематически или подробно) командой разработчиков LibreTexts для соответствия стилю, представлению и качеству платформы:

• Лэнс С.