Lad os i artiklen overveje, hvordan man finder tætheden, og hvad den er. Ved udformningen af mange konstruktioner og køretøjer tages der højde for en række fysiske egenskaber, som et bestemt materiale skal have. En af dem er tæthed.
Masse og volumen
Dechifrer betydningen af to fysiske størrelser, der er direkte relateret til det - dette er masse og volumen. Før vi besvarer spørgsmålet, hvordan finder man tæthed.
Masse er en egenskab, der beskriver legemers inertiegenskaber og deres evne til at vise tyngdekraftens tiltrækning til hinanden. Massen måles i kilogram i SI-systemet.
Begreberne inerti- og gravitationsmasser blev først introduceret i fysikken af Isaac Newton, da han formulerede lovene for mekanik og universel gravitation.
Volume er en udelukkende geometrisk egenskab ved kroppen, som kvantitativt afspejler den del af rummet, den optager. Volumen måles i kubiske længdeenheder, for eksempel i SI er det meter terninger.
Til kroppe med kendt form(parallellepipedum, kugle, pyramide) denne værdi kan bestemmes ved hjælp af specielle formler, for objekter med uregelmæssig geometrisk form bestemmes volumenet ved at nedsænke dem i en væske.
Fysisk mængdetæthed
Nu kan du gå direkte til svaret på spørgsmålet om, hvordan du finder tætheden. Denne egenskab bestemmes af forholdet mellem kropsmasse og det volumen, den optager, som matematisk skrives som følger:
ρ=m/V.
Denne lighed viser enhederne for ρ (kg/m3). Densitet, masse og volumen er således forbundet med en enkelt lighed, og værdien af ρ for ethvert materiale viser volumenkoncentrationen af dets masse.
Lad os give et simpelt eksempel: Hvis du tager plastik- og jernkugler af samme størrelse i hånden, så vil den anden veje meget mere end den første. Dette skyldes den høje densitet af jern sammenlignet med plastik.
En af de vigtigste manifestationer af forholdet mellem tætheder i naturen vil være kroppens opdrift. Hvis kroppen har en lavere massefylde end væsken, vil den aldrig synke ned i den.
materialernes tæthed
Når vi taler om densiteten af visse materialer, mener de faste stoffer. Gasser og væsker har også en vis massefylde, men vi vil ikke tale om dem her.
Fastmaterialer kan enten være krystallinske eller amorfe. Værdien af ρ afhænger af strukturen, interatomiske afstande og atomare og molekylære masser af materialer. For eksempel er alle metaller krystaller, og det har glas eller træamorf struktur. Nedenfor er en tabel over densiteten af forskellige træsorter.
Bemærk venligst, at i dette tilfælde er den gennemsnitlige tæthed angivet. I det virkelige liv har hvert træ unikke egenskaber, herunder hulrum, porer og tilstedeværelsen af en vis procentdel af fugt i træet.
Nedenfor er en anden tabel. I den er der angivet i g/cm3densiteter af alle rene kemiske grundstoffer, der er ved stuetemperatur.
Det kan ses af tabellen, at alle grundstoffer har en massefylde, der er større end vands. Undtagelsen er kun tre metaller - lithium, kalium og natrium, som ikke synker, men flyder på vandoverfladen.
Hvordan måles massefylde eksperimentelt?
Faktisk er der to teknikker til at bestemme karakteristikken, der undersøges. Den første er at veje kroppen direkte og måle dens lineære dimensioner.
Hvis den geometriske form af kroppen er kompleks, så bruges den såkaldte hydrostatiske metode.
Dens essens er som følger: vej først kroppen i luften. Lad os antage, at den resulterende vægt var P1. Derefter vejes kroppen i en væske med en kendt massefylde ρl. Lad vægten af kroppen i væsken være P2. Så vil værdien af tætheden ρ af det materiale, der undersøges, være:
ρ=ρlP1/(P1-P 2).
Denne formel kan fås af hver elev på egen hånd, hvis han overvejer Arkimedes lovfor det beskrevne tilfælde.
Historisk set menes det, at hydrostatisk vejning for første gang blev brugt af den græske filosof Archimedes til at bestemme den falske guldkrone. De første hydrostatiske vægte blev opfundet af Galileo Galilei i slutningen af det 16. århundrede. I øjeblikket bruges elektroniske pyknometre og tæthedsmålere i vid udstrækning til eksperimentelt at bestemme værdien af ρ i væsker, faste stoffer og gasser.
Teoretisk definition af tæthed
Spørgsmålet om, hvordan man eksperimentelt finder tætheden, blev diskuteret ovenfor. Imidlertid kan denne ρ af et ukendt materiale findes teoretisk. For at gøre dette er det nødvendigt at kende typen af krystalgitter, parametrene for dette gitter samt massen af de atomer, der danner det. Da ethvert elementært krystalgitter har en vis geometrisk form, er det let at finde en formel til at bestemme dets volumen.
Hvis et krystallinsk materiale består af flere kemiske grundstoffer, såsom metallegeringer, kan dets gennemsnitlige massefylde bestemmes ved følgende simple formel:
ρ=∑mi/∑(mi/ρi).
Hvor mi, ρi er henholdsvis massen og tætheden af den i-te komponent.
Hvis materialet har en amorf struktur, så vil det teoretisk set ikke være muligt nøjagtigt at bestemme dets massefylde, og der skal bruges eksperimentelle teknikker.
