Vzorec hustoty látky. Vzorce relatívnej hustoty

Keď sa študenti oboznámia s pojmom hmotnosť a objem látok vo fyzike, študujú dôležitú charakteristiku každého tela, ktorá sa nazýva hustota. Nižšie uvedený článok je venovaný tejto hodnote. Otázky fyzického významu hustoty sú uvedené nižšie. Je tiež uvedený vzorec hustoty. Sú opísané metódy jeho experimentálneho merania.

Koncept hustoty

Začnime článok s priamym zaznamenaním vzorca hustoty látky. Má nasledujúcu formu:

ρ = m / V.

Tu m je hmotnosť príslušného tela. Vyjadruje sa v kilogramoch v systéme SI. V úlohách av praxi nájdete aj ďalšie jednotky jeho merania, napríklad gramy alebo Tony.

Symbol V vo vzorci označuje objem, ktorý charakterizuje geometrické parametre tela. Meria sa v SI v kubických metroch, kubických kilometroch, litroch, mililitroch atď. používajú sa tiež. Na.

vzorec hustoty ukazuje, aká hmotnosť látky je obsiahnutá v jednotkovom objeme. Pomocou hodnoty p je možné odhadnúť, ktoré z týchto dvoch telies bude mať väčšiu váhu pri rovnakých objemoch, alebo ktoré z týchto dvoch telies bude mať väčší objem pri rovnakých hmotnostiach. Napríklad drevo je menej husté ako železo. Preto pri rovnakých objemoch týchto látok hmotnosť železa výrazne prekročí rovnakú hodnotu pre drevo.

Koncept relatívnej hustoty

Samotný názov tejto hodnoty naznačuje, že študovaná hodnota pre jeden orgán sa bude považovať za relatívnu k podobnej charakteristike pre iný. Vzorec relatívnej hustoty p_r má nasledujúcu formu:

p_r = p_s / p₀.

Kde p_s - je hustota meraného materiálu, p₀ - je hustota, voči ktorej je hodnota p_{r sa meria}. Samozrejme, p_r je bezrozmerný. Ukazuje, koľkokrát je nameraná látka hustejšia ako zvolený štandard.

Pre kvapaliny a pevné látky , táto hodnota je zvolená ako štandardná p0 pre destilovanú vodu pri teplote ^{zo 4 o}C. v tomto teplota vody má maximálnu hustotu, čo je hodnota vhodná pre výpočty - 1000 kg / m³ alebo 1 kg/l.

Pre plynové systémy je obvyklé používať hustotu vzduchu pri atmosférickom tlaku a teplote 0 ^oC ako štandard.

závislosť hustoty od tlaku a teploty

Študovaná hodnota nie je konštantná pre konkrétne telo, ak sa zmení jeho teplota alebo vonkajší tlak. Napriek tomu sú kvapaliny a tuhé látky v mnohých situáciách nestlačiteľné, to znamená, že ich hustota zostáva konštantná pri zmene tlaku, ako aj pri zmene teploty.

Účinok tlaku sa prejavuje nasledovne: keď sa zvyšuje, priemerné interatomické a intermolekulárne vzdialenosti sa znižujú, čo zvyšuje počet mólov hmoty na jednotku objemu. Takže hustota sa zvyšuje. Jasný vplyv tlaku na študovanú charakteristiku sa pozoruje v prípade plynov.

Teplota má opačný účinok ako tlak. So zvyšujúcou sa teplotou sa kinetická energia častíc hmoty zvyšuje, začínajú sa aktívnejšie pohybovať, čo vedie k zväčšeniu priemerných vzdialeností medzi nimi. Táto skutočnosť vedie k zníženiu hustoty.

Tento účinok sa opäť pozoruje jasnejšie pre plyny ako pre kvapaliny a pevné látky. Existuje výnimka z vyššie uvedeného pravidla - to je voda. Experimentálne sa zistilo, že v teplotnom rozmedzí 0-4 ^oC, jeho hustota sa zvyšuje s ohrevom.

Homogénne a heterogénne telá

Vzorec hustoty napísaný vyššie zodpovedá takzvanému priemeru p pre príslušné telo. Ak v ňom pridelíme nejaký malý objem, potom vypočítaná hodnota_{z pi} môže sa výrazne líšiť od predchádzajúcej hodnoty. Táto skutočnosť je spojená s prítomnosťou nehomogénneho rozloženia hmotnosti podľa objemu. V tomto prípade hustota_i volal miestne.

Vzhľadom na otázku heterogénneho rozdelenia hmoty sa zdá zaujímavé objasniť jeden bod. Keď začneme uvažovať o elementárnom objeme Blízkom atómovým mierkam, poruší sa koncept kontinuity média, čo znamená, že nemá zmysel používať charakteristiku miestnej hustoty. Je známe, že takmer celá hmotnosť atómu je koncentrovaná v jeho jadre, ktorého polomer je asi 10^-13 metrov. Hustota jadra sa odhaduje na obrovské číslo. Toto je 2,3*10¹⁷ kg / m3.

Meranie hustoty

Vyššie sa ukázalo, že podľa vzorca sa hustota rovná pomeru hmotnosti k objemu. Táto skutočnosť umožňuje určiť špecifikovanú charakteristiku jednoduchým zvážením tela a meraním jeho geometrických parametrov.

Ak je tvar tela veľmi zložitý, potom hydrostatické váženie bude univerzálnou metódou na stanovenie hustoty. Je založená na použití Archimedovskej moci. Podstata metódy je jednoduchá. Najprv sa telo odváži vo vzduchu a potom vo vode. Rozdiel v hmotnosti sa používa na výpočet neznámej hustoty. Ak to chcete urobiť, použite nasledujúci vzorec:

p = p_l * P₀ / (P₀ - P_l),

kde P₀, P_l - je hmotnosť tela vo vzduchu a v tekutine. Preto p_l - je hustota kvapaliny.

Metódu hydrostatického váženia na stanovenie hustoty podľa legendy prvýkrát použil filozof zo Syrakúz Archimedes. Bez porušenia fyzickej integrity koruny dokázal určiť, že na jeho výrobu sa použilo nielen zlato, ale aj iné menej husté kovy.