Kolika je gustoća tekućine? Određivanje gustoće tvari

Kako to da tijela koja zauzimaju isti volumen u prostoru mogu imati različite mase? Sve je u njihovoj gustoći. S ovim konceptom se upoznajemo već u 7. razredu, u prvoj godini nastave fizike u školi. To je osnovni fizikalni koncept koji može otvoriti MKT (teoriju molekularne kinetike) za osobu ne samo na tečaju fizike, već iu kemiji. Uz njegovu pomoć, osoba može karakterizirati bilo koju tvar, bilo da je to voda, drvo, olovo ili zrak.

Vrste gustoće

Dakle, ovo je skalarna veličina koja je jednaka omjeru mase proučavane tvari i njenog volumena, odnosno može se nazvati i specifičnom težinom. Označava se grčkim slovom "ρ" (čita se kao "rho"), ne treba ga brkati s "p" - ovo se slovo obično koristi za označavanje pritiska.

Kako pronaći gustoću u fizici? Upotrijebite formulu za gustoću: ρ = m/V

Ova se vrijednost može mjeriti u g/l, g/m3 i općenito u svim jedinicama koje se odnose na masu i volumen. Što je SI jedinica za gustoću? ρ = [kg/m3]. Pretvorba između ovih jedinica provodi se pomoću elementarnih matematičkih operacija. Međutim veća primjena ima točno SI mjernu jedinicu.

Uz standardnu ​​formulu, koja se koristi samo za čvrste tvari, postoji i formula za plin u normalnim uvjetima (n.s.).

ρ (plin) = ​​M/Vm

M je molarna masa plina [g/mol], Vm je molarni volumen plina (u normalnim uvjetima ova vrijednost iznosi 22,4 l/mol).

Da bismo potpunije definirali ovaj koncept, vrijedi razjasniti na koju se točno količinu misli.

• Gustoća homogenih tijela je upravo omjer mase tijela i njegovog volumena.
• Postoji i koncept "gustoće tvari", odnosno gustoće homogenog ili jednoliko raspoređenog nehomogenog tijela koje se sastoji od ove tvari. Ova vrijednost je konstantna. Postoje tablice (koje ste vjerojatno koristili na nastavi fizike) koje sadrže vrijednosti za razne čvrste, tekuće i plinovite tvari. Dakle, ova brojka za vodu je 1000 kg/m3. Znajući ovu vrijednost i, na primjer, volumen kupke, možemo odrediti masu vode koja će stati u nju zamjenom poznatih vrijednosti u gornji obrazac.
• Međutim, nisu sve tvari homogene. Za takve ljude stvoren je izraz "prosječna gustoća tijela". Da bi se dobila ta vrijednost, potrebno je pronaći ρ svake komponente dane tvari zasebno i izračunati prosječnu vrijednost.

Porozna i zrnasta tijela između ostalog imaju:

• Prava gustoća, koja se određuje bez uzimanja u obzir šupljina u strukturi.
• Specifična (prividna) gustoća, koja se može izračunati dijeljenjem mase tvari s cjelokupnim volumenom koji ona zauzima.

Ove dvije veličine međusobno su povezane koeficijentom poroznosti - omjerom volumena šupljina (pora) prema ukupnom volumenu tijela koje se proučava.

Gustoća tvari može ovisiti o nizu čimbenika, a neki od njih mogu istodobno povećati tu vrijednost za neke tvari, a smanjiti je za druge. Na primjer, pri niskim temperaturama ta se vrijednost obično povećava, međutim, postoji niz tvari čija se gustoća ponaša anomalno u određenom temperaturnom rasponu. Te tvari uključuju lijevano željezo, vodu i broncu (legura bakra i kositra).

Na primjer, ρ vode ima najveću vrijednost na temperaturi od 4 °C, a zatim se u odnosu na tu vrijednost može mijenjati i tijekom zagrijavanja i hlađenja.

Također je vrijedno reći da kada tvar prelazi iz jednog medija u drugi (kruto-tekuće-plinovito), odnosno kada se mijenja stanje agregacije, ρ također mijenja svoju vrijednost i to skokovito: povećava se tijekom prijelaza iz plina u tekućinu i tijekom kristalizacije tekućine . Međutim, i ovdje postoje brojne iznimke. Na primjer, bizmut i silicij imaju mala vrijednost kod stvrdnjavanja. Zanimljiva činjenica: Kada se voda kristalizira, odnosno kada se pretvori u led, to također smanjuje svoje performanse i zato led ne tone u vodi.

Kako jednostavno izračunati gustoću raznih tijela

Trebat će nam sljedeća oprema:

• Vage.
• Centimetar (mjera), ako je tijelo koje se proučava u čvrstom agregatnom stanju.
• Odmjerna tikvica, ako je tvar koja se ispituje tekućina.

Za početak, mjerimo volumen tijela koje proučavamo pomoću centimetra ili odmjerna tikvica. U slučaju tekućine jednostavno pogledamo postojeću vagu i zapišemo rezultat. Za drvena greda kubičnog oblika, bit će prema tome jednaka vrijednosti stranice podignute na treću potenciju. Nakon mjerenja volumena, stavite promatrano tijelo na vagu i zapišite vrijednost mase. Važno! Ako ispitujete tekućinu, nemojte zaboraviti uzeti u obzir masu posude u koju se ulijeva tvar koja se ispituje. Zamjenjujemo eksperimentalno dobivene vrijednosti u gore opisanu formulu i izračunavamo željeni pokazatelj.

Mora se reći da je ovaj pokazatelj za razne plinove mnogo teže izračunati bez posebnih instrumenata, stoga, ako su vam potrebne njihove vrijednosti, bolje je koristiti gotove vrijednosti iz tablice gustoće tvari.

Također, za mjerenje ove vrijednosti koriste se posebni instrumenti:

• Piknometar pokazuje pravu gustoću.
• Hidrometar je dizajniran za mjerenje ovog pokazatelja u tekućinama.
• Kaczynskijeva bušilica i Seidelmanova bušilica su uređaji kojima se ispituju tla.
• Mjerač gustoće vibracija koristi se za mjerenje određene količine tekućine i raznih plinova pod pritiskom.

upute

Poznavajući dvije gornje vrijednosti, možete napisati formulu za izračunavanje gustoće tvari: gustoća = masa / volumen, dakle željena vrijednost. Primjer. Poznato je da je santa leda zapremine 2 kubna metra teška 1800 kg. Nađi gustoću leda. Rješenje: gustoća je 1800 kg/2 kubnih metara, što rezultira 900 kg podijeljeno s kubnim . Ponekad morate pretvarati jedinice gustoće jedne u druge. Kako se ne biste zabunili, zapamtite: 1 g/cm3 kubni jednak je 1000 kg/m3 kubni. Primjer: 5,6 g/cm3 kubno jednako je 5,6*1000 = 5600 kg/m3 kubno.

Voda se, kao i svaka tekućina, ne može uvijek izvagati na vagi. Ali saznajte masa može biti potrebno iu nekim industrijama iu uobičajenim svakodnevnim situacijama, od izračunavanja spremnika do odlučivanja kolika je rezerva voda možete ga ponijeti sa sobom u kajak ili gumeni čamac. Da bi se izračunalo masa voda ili bilo koju tekućinu stavljenu u određeni volumen, prije svega trebate znati njezinu gustoću.

Trebat će vam

• Pribor za mjerenje
• Ravnalo, metar ili bilo koji drugi mjerni uređaj
• Posuda za točenje vode

upute

Ako trebate izračunati masa voda u maloj posudi, to se može učiniti pomoću običnih vaga. Prvo izvažite posudu zajedno s. Zatim ulijte vodu u drugu posudu. Nakon toga izvažite praznu posudu. Oduzmite od pune posude masa prazan. Ovo će biti sadržano u posudi voda. Ovako možete masa ne samo tekućine, već i rasute, ako ih je moguće uliti u drugu posudu. Ova se metoda ponekad još uvijek može vidjeti u nekim trgovinama gdje nema opreme. Prodavač najprije izvaže praznu staklenku ili bocu, zatim je napuni kiselim vrhnjem, ponovno izvaže, odredi težinu vrhnja, a tek nakon toga obračunava njegovu cijenu.

Kako bi se utvrdilo masa voda u posudi koja se ne može vagati morate znati dva parametra - voda(ili bilo koje druge tekućine) i volumena posude. Gustoća voda iznosi 1 g/ml. Gustoća druge tekućine može se naći u posebnoj tablici, koja se obično nalazi u referentnim knjigama.

Ako ne pribor za mjerenje, u koji možete uliti vodu, izračunajte volumen posude u kojoj se nalazi. Volumen je uvijek jednak umnošku površine baze i visine, a kod posuda stalnog oblika obično nema problema. Volumen voda u staklenku će biti jednaka površini okrugle baze po visini napunjenoj vodom. Množenjem gustoće? po volumenu voda V, primit ćete masa voda m: m=?*V.

Video na temu

Bilješka

Masu možete odrediti znajući količinu vode i njenu molarnu masu. Molarna masa vode je 18 jer se sastoji od molarne mase 2 atoma vodika i 1 atoma kisika. MH20 = 2MH+MO=2 1+16=18 (g/mol). m=n*M, gdje je m masa vode, n je količina, M je molarna masa.

Sve tvari imaju određenu gustoću. Ovisno o zauzetom volumenu i zadanoj masi izračunava se gustoća. Pronađen je na temelju eksperimentalnih podataka i numeričkih transformacija. Osim toga, gustoća ovisi o mnogo različitih čimbenika, zbog kojih se mijenja njena konstantna vrijednost.

upute

Zamislite da vam je dana posuda do vrha napunjena vodom. Problem zahtijeva pronalaženje gustoće vode bez poznavanja mase ili volumena. Da bi se izračunala gustoća, oba parametra moraju se pronaći eksperimentalno. Počnite s određivanjem mase.
Uzmite posudu i stavite je na vagu. Zatim izlijte vodu iz nje, a zatim ponovno stavite posudu na istu vagu. Usporedite rezultate mjerenja i dobijte formulu za pronalaženje mase vode:
mob.- ms.=mv., gdje je mob. - masa posude s vodom (ukupna masa), ms - masa posude bez vode.
Druga stvar koju trebate pronaći je voda. Ulijte vodu u mjernu posudu, a zatim pomoću vage na njoj odredite volumen vode koja se nalazi u posudi. Tek nakon toga pomoću formule pronađite gustoću vode:
ρ=m/V
Tim se pokusom samo približno može odrediti gustoća vode. Međutim, pod utjecajem određenih čimbenika može. Upoznajte se s najvažnijim od ovih čimbenika.

Pri temperaturi vode t=4 °C voda ima gustoću ρ=1000 kg/m^3 ili 1 g/cm^3. Kada se to promijeni, mijenja se i gustoća. Osim toga, čimbenici koji utječu na gustoću

Na vagu stavimo željezni i aluminijski cilindar istog volumena. Ravnoteža vage je poremećena. Zašto?

Neravnoteža znači da mase tijela nisu iste. Masa željeznog cilindra veća je od mase aluminijskog cilindra. Ali volumeni cilindara su jednaki. To znači da jedinica volumena (1 cm3 ili 1 m3) željeza ima veću masu od aluminija.

Masa tvari sadržana u jedinici volumena naziva se gustoća materije.

Da biste pronašli gustoću, morate podijeliti masu tvari s njezinim volumenom. Gustoća je označena grčkim slovom ρ (ro). Zatim

gustoća = masa/volumen,

ρ = m/V .

SI jedinica za gustoću je 1 kg/m3. Gustoće razne tvari utvrđeno eksperimentalno i prikazano u tablici:

Kako razumijemo da je gustoća vode ρ = 1000 kg/m3? Odgovor na ovo pitanje proizlazi iz formule. Masa vode u volumenu V= 1 m 3 jednako je m= 1000 kg.

Iz formule gustoće, masa tvari

m = ρ V.

Od dva tijela jednakog volumena, veću masu ima tijelo veće gustoće materije.

Uspoređujući gustoće željeza ρ f = 7800 kg/m 3 i aluminija ρ al = 2700 kg/m 3, razumijemo zašto je u eksperimentu masa željeznog cilindra ispala veća od mase aluminijskog cilindra isti volumen.

Ako se volumen tijela mjeri u cm3, tada je za određivanje mase tijela pogodno koristiti vrijednost gustoće ρ, izraženu u g/cm3.

Pretvorimo, na primjer, gustoću vode iz kg/m3 u g/cm3:

ρ in = 1000 kg/m 3 = 1000 \(\frac(1000~g)(1000000~cm^(3))\) = 1 g/cm3.

Dakle, brojčana vrijednost gustoće bilo koje tvari, izražena u g/cm 3 , je 1000 puta manja od njene brojčane vrijednosti izražene u kg/m 3 .

Formula gustoće tvari ρ = m/V koristi se za homogena tijela, tj. za tijela koja se sastoje od jedne tvari. To su tijela koja nemaju zračnih šupljina ili ne sadrže primjese drugih tvari. Čistoća tvari prosuđuje se prema izmjerenoj gustoći. Postoji li, na primjer, neki jeftini metal dodan u zlatnu polugu?

Tvar u krutom stanju u pravilu ima veću gustoću nego u tekućem stanju. Izuzetak od ovog pravila su led i voda, koji se sastoje od molekula H 2 O, gustoća leda je ρ = 900 kg 3, a gustoća vode je ρ = 1000 kg 3. Gustoća leda je manja od gustoće vode, što ukazuje na manje gusto pakiranje molekula (tj. veće udaljenosti među njima) u krutom stanju tvari (led) nego u tekućem stanju (voda). U budućnosti ćete se susresti s drugim vrlo zanimljivim anomalijama (abnormalnostima) u svojstvima vode.

Prosječna gustoća Zemlja je približno 5,5 g/cm 3 . Ove i druge činjenice poznate znanosti omogućile su nam da izvučemo neke zaključke o strukturi Zemlje. Prosječna debljina zemljine kore je oko 33 km. Zemljina kora sastoji se prvenstveno od tla i stijene. Prosječna gustoća zemljine kore je 2,7 g/cm 3, a gustoća stijena koje leže neposredno ispod Zemljina kora, - 3,3 g/cm3. Ali obje ove vrijednosti su manje od 5,5 g/cm 3, tj. manje od prosječne gustoće Zemlje. Iz toga slijedi da je gustoća materije koja se nalazi u dubini Zemljine kugle veća od prosječne gustoće Zemlje. Znanstvenici sugeriraju da u središtu Zemlje gustoća tvari doseže 11,5 g / cm 3, odnosno približava se gustoći olova.

Prosječna gustoća tkiva ljudskog tijela je 1036 kg/m3, gustoća krvi (pri t= 20 °C) - 1050 kg/m3.

Drvo ima nisku gustoću (2 puta manju od pluta) balza. Od njega se izrađuju splavi i pojasevi za spašavanje. Drvo raste na Kubi Eshinomena bodljikava, čije drvo ima gustoću 25 puta manju od gustoće vode, tj. ρ ≈ 0,04 g/cm 3 . Vrlo visoka gustoća drva zmijsko drvo. Drvo tone u vodi kao kamen.

Na kraju, legenda o Arhimedu.

Još za života slavnog starogrčkog znanstvenika Arhimeda o njemu su se stvarale legende, a povod za to su bili njegovi izumi koji su zadivili njegove suvremenike. Jedna od legendi kaže da je sirakuški kralj Heron II zamolio mislioca da utvrdi je li njegova kruna od čistog zlata ili je draguljar u nju umiješao značajnu količinu srebra. Naravno, kruna je morala ostati netaknuta. Arhimedu nije bilo teško odrediti masu krune. Puno je teže bilo točno izmjeriti volumen krune kako bi se izračunala gustoća metala od kojeg je izlivena i utvrdilo radi li se o čistom zlatu. Poteškoća je bila u tome što je bio pogrešnog oblika!

Jednog dana, Arhimed, zadubljen u misli o kruni, kupao se u kadi, gdje je došao na briljantnu ideju. Volumen krune može se odrediti mjerenjem volumena istisnute vode (poznata vam je ova metoda mjerenja volumena tijela nepravilnog oblika). Nakon što je odredio volumen krune i njenu masu, Arhimed je izračunao gustoću tvari od koje je draguljar napravio krunu.

Kako legenda kaže, gustoća supstance krune bila je manja od gustoće čistog zlata, a nepošteni draguljar uhvaćen je u prijevari.

Čitaj više

DEFINICIJA

Gustoća je prosječna količina tvari po jedinici volumena tijela.

Taj se iznos može odrediti na različite načine. Ako govorimo o broju čestica, onda govorimo o gustoći čestica. Ova vrijednost je označena slovom n. U SI se mjeri u m -3. Ako mislimo na masu tvari, tada upisujemo gustoću mase. Označava se sa . U Si se mjeri u kg/m3. Između i n postoji veza. Dakle, ako se tijelo sastoji od čestica iste vrste, tada

= m× n,

Gdje m- masa jedne čestice.

Gustoća mase može se izračunati pomoću formule:

Ovaj izraz se može transformirati tako da se dobije formula za masu u smislu volumena i gustoće:

Tablica 1. Gustoće nekih tvari.

Bez obzira na stupanj kompresije, gustoće tekućih i čvrstih tijela leže u vrlo uskom rasponu vrijednosti (Tablica 1). Gustoće plinova variraju u vrlo širokim granicama. Razlog je što kao u čvrste tvari, a u tekućinama su čestice tijesno jedna uz drugu. U tim medijima udaljenost između susjednih čestica je reda veličine 1 A i usporediva je s veličinama atoma i molekula. Iz tog razloga krutine i tekućine imaju vrlo nisku stlačivost, što objašnjava malu razliku u njihovoj gustoći. Kod plinova je situacija drugačija. Prosječna udaljenost između čestica znatno premašuje njihovu veličinu. Na primjer, za zrak u blizini Zemljine površine iznosi 10 2 A. Kao rezultat toga, plinovi imaju visoku kompresibilnost, a njihova gustoća može varirati u vrlo širokom rasponu.

Primjeri rješavanja problema

PRIMJER 1

PRIMJER 2