Öğrenciler, fizikteki maddelerin kütle ve hacim kavramlarını öğrendikten sonra, herhangi bir cismin yoğunluk adı verilen önemli bir özelliğini incelerler. Aşağıdaki makale bu değere ayrılmıştır. Yoğunluğun fiziksel anlamı ile ilgili sorular aşağıda açıklanmıştır. Yoğunluk formülü de verilmiştir. Deneysel ölçümü için yöntemler açıklanmıştır.
Yoğunluk kavramı
Makaleye maddenin yoğunluğu formülünün doğrudan kaydıyla başlayalım. Şuna benziyor:
ρ=m / V.
Burada m, dikkate alınan cismin kütlesidir. SI sisteminde kilogram olarak ifade edilir. Görevlerde ve uygulamada, örneğin gram veya ton gibi diğer ölçüm birimlerini de bulabilirsiniz.
Formüldeki V sembolü, vücudun geometrik parametrelerini karakterize eden hacmi belirtir. SI cinsinden metreküp cinsinden ölçülür, ancak kübik kilometre, litre, mililitre vb. de kullanılır.
Yoğunluk formülü, bir birimde bir maddenin hangi kütlesinin bulunduğunu gösterirSes. ρ değeri kullanılarak, iki cisimden hangisinin eşit hacimlerde daha büyük bir ağırlığa sahip olacağı veya iki cisimden hangisinin eşit kütleli daha büyük bir hacme sahip olacağı tahmin edilebilir. Örneğin, ahşap demirden daha az yoğundur. Bu nedenle, bu maddelerin eşit hacimleri ile, demirin kütlesi bir ağaç için aynı değeri önemli ölçüde aşacaktır.
Bağıl yoğunluk kavramı
Bu miktarın tam adı, bir vücut için incelenen değerin bir başkası için benzer bir özelliğe göre değerlendirileceğini gösterir. Göreceli yoğunluk ρr formülü şuna benzer:
ρr=ρs / ρ0.
Burada ρs ölçülen malzemenin yoğunluğudur, ρ0, ρ değerinin karşısındaki yoğunluktur r ölçülür . Açıkçası, ρr boyutsuzdur. Ölçülen maddenin seçilen standarttan kaç kat daha yoğun olduğunu gösterir.
Sıvılar ve katılar için, standart olarak ρ0 4 oC sıcaklıktaki damıtılmış su için bu değeri seçin. Bu sıcaklıkta suyun maksimum yoğunluğu vardır, bu da hesaplamalar için uygun bir değerdir - 1000 kg/m3 veya 1 kg/l.
Gaz sistemleri için, standart olarak atmosfer basıncında ve 0 sıcaklığında hava yoğunluğunun kullanılması gelenekseldir oC.
Yoğunluğun basınç ve sıcaklığa bağımlılığı
Çalışılan değer belirli bir vücut için sabit değil,sıcaklığını veya dış basıncını değiştirirseniz. Bununla birlikte, sıvılar ve katılar birçok durumda sıkıştırılamaz, yani sıcaklık değişiklikleri kadar basınç da değiştikçe yoğunlukları da sabit kalır.
Basıncın etkisi şu şekilde kendini gösterir: arttığında, ortalama atomlar arası ve moleküller arası mesafeler azalır, bu da birim hacim başına bir maddenin mol sayısını artırır. Yani yoğunluk artıyor. Gazlar durumunda, incelenen karakteristik üzerinde basıncın açık bir etkisi gözlemlenir.
Sıcaklık, basıncın tersi etkiye sahiptir. Sıcaklıktaki bir artışla, madde parçacıklarının kinetik enerjisi artar, daha aktif hareket etmeye başlarlar, bu da aralarındaki ortalama mesafelerde bir artışa yol açar. İkinci gerçek yoğunlukta bir azalmaya yol açar.
Yine, bu etki gazlar için sıvılara ve katılara göre daha belirgindir. Bu kuralın bir istisnası var - bu su. 0-4 oС sıcaklık aralığında yoğunluğunun ısıtma ile arttığı deneysel olarak belirlenmiştir.
Homojen ve homojen olmayan cisimler
Yukarıda yazılan yoğunluk formülü, dikkate alınan cisim için sözde ortalama ρ'ya karşılık gelir. İçine küçük bir hacim ayırırsak, hesaplanan ρi değeri önceki değerden büyük ölçüde farklı olabilir. Bu gerçek, hacim üzerinde eşit olmayan bir kütle dağılımının varlığı ile bağlantılıdır. Bu durumda yoğunlukρi yerel olarak adlandırılır.
Maddenin düzgün olmayan dağılımı konusu düşünüldüğünde, bir noktayı açıklığa kavuşturmak ilginç görünüyor. Atom ölçeğine yakın bir temel hacmi düşünmeye başladığımızda, ortam sürekliliği kavramı ihlal edilir, bu da yerel yoğunluk özelliğini kullanmanın bir anlamı olmadığı anlamına gelir. Bir atomun neredeyse tüm kütlesinin, yarıçapı yaklaşık 10-13 metre olan çekirdeğinde toplandığı bilinmektedir. Çekirdeğin yoğunluğu devasa bir rakamla tahmin ediliyor. Bu 2, 31017 kg/m3.
Yoğunluk ölçümü
Yukarıda formüle göre yoğunluğun kütlenin hacme oranına eşit olduğu gösterildi. Bu gerçek, yalnızca gövdeyi tartarak ve geometrik parametrelerini ölçerek belirtilen özelliği belirlememizi sağlar.
Vücudun şekli çok karmaşıksa, yoğunluğu belirlemenin evrensel yöntemi hidrostatik tartım olacaktır. Arşimet kuvvetinin kullanımına dayanmaktadır. Yöntemin özü basittir. Vücut önce havada, sonra suda tartılır. Ağırlıktaki fark, bilinmeyen yoğunluğu hesaplamak için kullanılır. Bunu yapmak için şu formülü kullanın:
ρ=ρl P0 / (P0 - P l),
where P0, Pl - havada ve sıvıda vücut ağırlığı. Buna göre ρl sıvının yoğunluğudur.
Yoğunluğu belirlemek için kullanılan hidrostatik tartım yöntemi, efsaneye göre ilk olarak Syracuse'lu bir filozof tarafından kullanılmıştır. Arşimet. Tacın fiziksel bütünlüğünü bozmadan, onu yapmak için sadece altının değil, aynı zamanda daha az yoğun diğer metallerin de kullanıldığını belirleyebildi.
