Berapakah massa jenis zat cair tersebut? Penentuan massa jenis zat

Bagaimana mungkin benda yang menempati volume yang sama di ruang angkasa dapat mempunyai massa yang berbeda? Ini semua tentang kepadatannya. Kita sudah mengenal konsep ini di kelas 7, pada tahun pertama pengajaran fisika di sekolah. Merupakan konsep dasar fisika yang dapat membuka MKT (teori kinetik molekul) bagi seseorang tidak hanya pada mata kuliah fisika, tetapi juga pada mata pelajaran kimia. Dengan bantuannya, seseorang dapat mengkarakterisasi zat apa pun, baik itu air, kayu, timah, atau udara.

Jenis kepadatan

Jadi, ini adalah besaran skalar yang sama dengan perbandingan massa zat yang diteliti dengan volumenya, sehingga bisa disebut juga berat jenis. Ini dilambangkan dengan huruf Yunani “ρ” (dibaca “rho”), jangan bingung dengan “p” - huruf ini biasanya digunakan untuk menunjukkan tekanan.

Bagaimana cara mencari massa jenis dalam fisika? Gunakan rumus massa jenis: ρ = m/V

Nilai ini dapat diukur dalam g/l, g/m3 dan secara umum dalam satuan apa pun yang berkaitan dengan massa dan volume. Apa satuan SI untuk massa jenis? ρ = [kg/m3]. Konversi antar satuan ini dilakukan melalui operasi matematika dasar. Namun penerapan yang lebih besar memiliki satuan pengukuran SI yang tepat.

Selain rumus standar yang hanya digunakan untuk zat padat, terdapat pula rumus gas pada kondisi normal (n.s.).

ρ (gas) = ​​M/Vm

M adalah massa molar gas [g/mol], Vm adalah volume molar gas (dalam kondisi normal nilainya adalah 22,4 l/mol).

Untuk mendefinisikan konsep ini secara lebih lengkap, perlu diperjelas apa sebenarnya kuantitas yang dimaksud.

• Massa jenis benda homogen justru merupakan perbandingan antara massa suatu benda dengan volumenya.
• Ada juga konsep “massa jenis zat”, yaitu massa jenis benda tak homogen yang homogen atau terdistribusi merata yang terdiri dari zat tertentu. Nilai ini konstan. Ada tabel (yang mungkin Anda gunakan dalam pelajaran fisika) yang berisi nilai-nilai berbagai zat padat, cair, dan gas. Jadi, angka air tersebut adalah 1000 kg/m3. Mengetahui nilai ini dan, misalnya, volume bak mandi, kita dapat menentukan massa air yang dapat ditampung di dalamnya dengan mensubstitusikan nilai-nilai yang diketahui ke dalam bentuk di atas.
• Namun tidak semua zat bersifat homogen. Untuk orang-orang seperti itu, istilah “kepadatan tubuh rata-rata” diciptakan. Untuk memperoleh nilai ini, perlu dicari masing-masing komponen suatu zat secara terpisah dan menghitung nilai rata-ratanya.

Badan berpori dan granular antara lain memiliki:

• Kepadatan sebenarnya, yang ditentukan tanpa memperhitungkan rongga dalam struktur.
• Massa jenis spesifik (nyata), yang dapat dihitung dengan membagi massa suatu zat dengan seluruh volume yang ditempatinya.

Kedua besaran ini dihubungkan satu sama lain melalui koefisien porositas - perbandingan volume rongga (pori-pori) dengan volume total benda yang diteliti.

Kepadatan suatu zat dapat bergantung pada sejumlah faktor, dan beberapa di antaranya secara bersamaan dapat meningkatkan nilai ini untuk beberapa zat dan menurunkannya untuk zat lain. Misalnya, pada suhu rendah nilai ini biasanya meningkat, namun ada sejumlah zat yang kepadatannya berperilaku tidak normal pada kisaran suhu tertentu. Zat-zat tersebut antara lain besi tuang, air dan perunggu (paduan tembaga dan timah).

Misalnya, ρ air memiliki nilai tertinggi pada suhu 4 °C, dan relatif terhadap nilai ini, nilai tersebut dapat berubah selama pemanasan dan pendinginan.

Patut juga dikatakan bahwa ketika suatu zat berpindah dari satu medium ke medium lain (padat-cair-gas), yaitu, ketika keadaan agregasinya berubah, ρ juga mengubah nilainya dan melakukannya secara melompat: ia meningkat selama transisi dari gas menjadi cair dan selama kristalisasi cairan. Namun, ada beberapa pengecualian di sini juga. Misalnya, bismut dan silikon punya nilai kecil saat mengeras. Fakta yang menarik: Ketika air mengkristal, yaitu berubah menjadi es, kinerjanya juga menurun, itulah sebabnya es tidak tenggelam di dalam air.

Cara mudah menghitung massa jenis berbagai benda

Kami membutuhkan peralatan berikut:

• Timbangan.
• Sentimeter (pengukuran), jika benda yang diteliti berada dalam keadaan agregasi padat.
• Labu ukur, jika zat yang diuji berbentuk cair.

Pertama kita ukur volume benda yang diteliti dengan menggunakan sentimeter atau labu ukur. Untuk zat cair, kita cukup melihat skala yang ada dan menuliskan hasilnya. Untuk balok kayu bentuk kubik, maka nilai sisinya akan sama dengan pangkat tiga. Setelah mengukur volumenya, letakkan benda yang diteliti pada timbangan dan tuliskan nilai massanya. Penting! Jika Anda sedang memeriksa suatu zat cair, jangan lupa untuk memperhitungkan massa bejana tempat zat yang diperiksa itu dituangkan. Kami mengganti nilai yang diperoleh secara eksperimental ke dalam rumus yang dijelaskan di atas dan menghitung indikator yang diinginkan.

Harus dikatakan bahwa indikator untuk berbagai gas ini jauh lebih sulit dihitung tanpa instrumen khusus, oleh karena itu, jika Anda memerlukan nilainya, lebih baik menggunakan nilai yang sudah jadi dari tabel massa jenis zat.

Juga, instrumen khusus digunakan untuk mengukur nilai ini:

• Piknometer menunjukkan kepadatan sebenarnya.
• Hidrometer dirancang untuk mengukur indikator ini dalam cairan.
• Bor Kaczynski dan bor Seidelman adalah alat yang dapat digunakan untuk memeriksa tanah.
• Pengukur kepadatan getaran digunakan untuk mengukur sejumlah cairan dan berbagai gas di bawah tekanan.

instruksi

Mengetahui dua nilai di atas, Anda dapat menulis rumus untuk menghitung massa jenis zat: massa jenis = massa / volume, maka nilai yang diinginkan. Contoh. Diketahui sebuah es terapung dengan volume 2 meter kubik memiliki berat 1.800 kg. Temukan kepadatan es. Penyelesaian: massa jenisnya adalah 1800 kg/2 meter kubik, sehingga diperoleh 900 kg dibagi kubik . Terkadang Anda harus mengonversi satuan kepadatan satu sama lain. Agar tidak bingung, perlu diingat: 1 g/cm3 kubus sama dengan 1000 kg/m3 kubus. Contoh: 5,6 g/cm3 potong dadu sama dengan 5,6*1000 = 5600 kg/m3 potong dadu.

Air, seperti cairan apa pun, tidak selalu dapat ditimbang dengan timbangan. Tapi cari tahu massa mungkin diperlukan baik di beberapa industri maupun dalam situasi sehari-hari, mulai dari menghitung tangki hingga memutuskan berapa banyak cadangan air Anda dapat membawanya dengan kayak atau perahu karet. Untuk menghitung massa air atau cairan apa pun yang ditempatkan dalam volume tertentu, pertama-tama Anda perlu mengetahui massa jenisnya.

Anda akan perlu

• Peralatan ukur
• Penggaris, pita pengukur atau alat ukur lainnya
• Wadah untuk menuangkan air

instruksi

Jika Anda perlu menghitung massa air dalam bejana kecil, hal ini dapat dilakukan dengan menggunakan timbangan biasa. Pertama-tama timbang bejana beserta. Kemudian tuangkan air ke wadah lain. Setelah itu, timbang bejana kosong tersebut. Kurangi dari bejana penuh massa kosong. Ini akan ditampung di dalam kapal air. Dengan cara ini Anda bisa massa tidak hanya cair, tetapi juga curah, jika memungkinkan untuk dituangkan ke wadah lain. Cara ini terkadang masih bisa diamati di beberapa toko yang tidak memiliki peralatan. Penjual terlebih dahulu menimbang toples atau botol kosong, kemudian mengisinya dengan krim asam, menimbangnya kembali, menentukan berat krim asam, dan baru setelah itu menghitung biayanya.

Untuk menentukan massa air di bejana yang tidak dapat ditimbang, Anda perlu mengetahui dua parameter - air(atau cairan lainnya) dan volume bejana. Kepadatan air adalah 1 gram/ml. Massa jenis zat cair lain dapat ditemukan pada tabel khusus, yang biasanya terdapat pada buku referensi.

Jika tidak peralatan ukur, di mana Anda dapat menuangkan air, hitung volume bejana tempatnya berada. Volume selalu sama dengan hasil kali luas alas dan tinggi, dan dengan bejana yang bentuknya konstan biasanya tidak ada masalah. Volume air dalam toples akan sama dengan luas alas bulat dan tinggi yang diisi air. Dengan mengalikan kepadatannya? per volume air V, kamu akan menerima massa air m: m=?*V.

Video tentang topik tersebut

catatan

Anda dapat menentukan massa dengan mengetahui jumlah air dan massa molarnya. Massa molar air adalah 18 karena terdiri dari massa molar 2 atom hidrogen dan 1 atom oksigen. MH2O = 2MH+MO=2 1+16=18 (g/mol). m=n*M, dengan m adalah massa air, n adalah kuantitas, M adalah massa molar.

Semua zat mempunyai kepadatan tertentu. Tergantung pada volume yang ditempati dan massa tertentu, kepadatan dihitung. Itu ditemukan berdasarkan data eksperimen dan transformasi numerik. Selain itu, kepadatan bergantung pada banyak faktor berbeda, yang menyebabkan perubahan nilai konstannya.

instruksi

Bayangkan Anda diberi sebuah bejana berisi air sampai penuh. Soal tersebut mengharuskan mencari massa jenis air tanpa mengetahui massa atau volumenya. Untuk menghitung kepadatan, kedua parameter harus ditemukan secara eksperimental. Mulailah dengan menentukan massa.
Ambil bejana dan letakkan di atas timbangan. Kemudian tuangkan air ke dalamnya, lalu letakkan kembali wadah tersebut pada skala yang sama. Bandingkan hasil pengukuran dan dapatkan rumus mencari massa air:
massa.- mс.=mв., di mana massa. - massa bejana dengan air (massa total), mс - massa bejana tanpa air.
Hal kedua yang perlu Anda temukan adalah air. Tuangkan air ke dalam bejana takar, lalu gunakan timbangan di atasnya untuk menentukan volume air yang terkandung di dalam bejana tersebut. Baru setelah itu, gunakan rumus untuk mencari massa jenis air:
=m/V
Eksperimen ini hanya dapat menentukan secara kasar massa jenis air. Namun, di bawah pengaruh faktor-faktor tertentu, hal ini bisa terjadi. Biasakan diri Anda dengan faktor-faktor terpenting ini.

Pada suhu air t=4 °C, air memiliki massa jenis ρ=1000 kg/m^3 atau 1 g/cm^3. Ketika berubah, kepadatannya juga berubah. Selain itu, faktor yang mempengaruhi kepadatan

Mari kita letakkan silinder besi dan aluminium dengan volume yang sama pada timbangan. Keseimbangan timbangan telah terganggu. Mengapa?

Ketidakseimbangan berarti massa benda tidak sama. Massa silinder besi lebih besar dibandingkan massa silinder alumunium. Tapi volume silindernya sama. Artinya satuan volume (1 cm3 atau 1 m3) besi mempunyai massa lebih besar dibandingkan aluminium.

Massa suatu zat yang terkandung dalam satuan volume disebut kepadatan materi.

Untuk mencari massa jenis, Anda perlu membagi massa suatu zat dengan volumenya. Kepadatan ditunjukkan dengan huruf Yunani ρ (ro). Kemudian

massa jenis = massa/volume,

ρ = M/V .

Satuan SI untuk massa jenis adalah 1 kg/m3. Kepadatan berbagai zat ditentukan secara eksperimental dan disajikan dalam tabel:

Bagaimana kita memahami bahwa massa jenis air adalah ρ = 1000 kg/m3? Jawaban atas pertanyaan ini mengikuti rumus. Massa air dalam volume V= 1 m 3 sama dengan M= 1000kg.

Dari rumus massa jenis, massa suatu zat

M = ρ V.

Dari dua benda yang volumenya sama, benda yang massa jenisnya lebih besar mempunyai massa yang lebih besar.

Membandingkan massa jenis besi ρ f = 7800 kg/m 3 dan aluminium ρ al = 2700 kg/m 3, kita memahami mengapa dalam percobaan massa silinder besi ternyata lebih besar daripada massa silinder aluminium dari volume yang sama.

Jika volume suatu benda diukur dalam cm 3, maka untuk menentukan massa benda akan lebih mudah menggunakan nilai massa jenis ρ, yang dinyatakan dalam g/cm 3.

Mari kita ubah, misalnya massa jenis air dari kg/m3 ke g/cm3:

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

Jadi, nilai numerik massa jenis suatu zat, yang dinyatakan dalam g/cm 3 , adalah 1000 kali lebih kecil dari nilai numeriknya yang dinyatakan dalam kg/m 3 .

Rumus massa jenis zat ρ = M/V digunakan untuk benda homogen, yaitu untuk benda yang terdiri dari satu zat. Ini adalah benda yang tidak memiliki rongga udara atau tidak mengandung kotoran zat lain. Kemurnian suatu zat dinilai dari kepadatan yang diukur. Misalnya, apakah ada logam murah yang ditambahkan ke dalam emas batangan?

Biasanya, suatu zat dalam wujud padat memiliki massa jenis lebih besar daripada zat dalam wujud cair. Pengecualian terhadap aturan ini adalah es dan air, yang terdiri dari molekul H 2 O. Massa jenis es = 900 kg 3, massa jenis air = 1000 kg 3. Massa jenis es lebih kecil daripada massa jenis air, yang menunjukkan kepadatan molekul yang lebih kecil (yaitu, jarak yang lebih jauh di antara molekul-molekul tersebut) dalam wujud zat padat (es) dibandingkan dalam wujud cair (air). Di masa depan, Anda akan menemukan anomali (kelainan) lain yang sangat menarik pada sifat-sifat air.

Kepadatan rata-rata Bumi kira-kira 5,5 g/cm 3 . Fakta ini dan fakta lain yang diketahui sains memungkinkan kita menarik beberapa kesimpulan tentang struktur bumi. Ketebalan rata-rata kerak bumi adalah sekitar 33 km. Kerak bumi terutama terdiri dari tanah dan batu. Massa jenis rata-rata kerak bumi adalah 2,7 g/cm 3, dan massa jenis batuan yang terletak tepat di bawahnya kerak bumi, - 3,3 gram/cm 3 . Namun kedua nilai tersebut kurang dari 5,5 g/cm 3, yaitu kurang dari kepadatan rata-rata bumi. Oleh karena itu, kepadatan materi yang terletak di kedalaman bumi lebih besar daripada kepadatan rata-rata Bumi. Para ilmuwan berpendapat bahwa di pusat bumi massa jenis zat mencapai 11,5 g/cm 3, yaitu mendekati massa jenis timbal.

Kepadatan rata-rata jaringan tubuh manusia adalah 1036 kg/m3, kepadatan darah (at T= 20 °C) - 1050kg/m3.

Kayu memiliki kepadatan yang rendah (2 kali lebih kecil dari gabus) balsa. Rakit dan sabuk pengaman dibuat darinya. Sebuah pohon tumbuh di Kuba Eshinomena berambut berduri, kayunya mempunyai massa jenis 25 kali lebih kecil dari massa jenis air, yaitu ρ ≈ 0,04 g/cm 3 . Kepadatan kayu sangat tinggi pohon ular. Sebatang pohon tenggelam dalam air seperti batu.

Terakhir, legenda Archimedes.

Sudah selama kehidupan ilmuwan Yunani kuno terkenal Archimedes, legenda terbentuk tentang dia, alasannya adalah penemuannya yang membuat kagum orang-orang sezamannya. Salah satu legenda mengatakan bahwa raja Syracusan Heron II meminta pemikir untuk menentukan apakah mahkotanya terbuat dari emas murni atau apakah pembuat perhiasan mencampurkan sejumlah besar perak ke dalamnya. Tentu saja mahkotanya harus tetap utuh. Archimedes tidak kesulitan menentukan massa mahkota. Yang jauh lebih sulit adalah mengukur volume mahkota secara akurat untuk menghitung massa jenis logam pembuatnya dan menentukan apakah itu emas murni. Kesulitannya adalah bentuknya salah!

Suatu hari, Archimedes, asyik memikirkan mahkota, sedang mandi, dan dia mendapat ide cemerlang. Volume mahkota dapat ditentukan dengan mengukur volume air yang dipindahkan olehnya (Anda sudah familiar dengan metode mengukur volume benda yang bentuknya tidak beraturan). Setelah menentukan volume mahkota dan massanya, Archimedes menghitung kepadatan bahan yang digunakan pembuat perhiasan untuk membuat mahkota.

Menurut legenda, massa jenis bahan mahkota ternyata lebih kecil daripada massa jenis emas murni, dan pembuat perhiasan yang tidak jujur ​​​​terperangkap dalam penipuan.

Baca selengkapnya

DEFINISI

Kepadatan adalah rata-rata jumlah zat per satuan volume suatu benda.

Jumlah ini dapat ditentukan dengan berbagai cara. Jika kita berbicara tentang jumlah partikel, maka kita berbicara tentang kepadatan partikel. Nilai ini dilambangkan dengan huruf N. Dalam SI diukur dalam m -3. Jika yang kita maksud adalah massa suatu zat, maka masukkan massa jenisnya. Hal ini dilambangkan dengan . Dalam Si diukur dalam kg/m3. Diantara dan N ada koneksi. Jadi, jika suatu benda terdiri dari partikel-partikel yang sejenis, maka

= M× N,

Di mana M- massa satu partikel.

Kepadatan massa dapat dihitung dengan menggunakan rumus:

Ekspresi ini dapat diubah sehingga diperoleh rumus massa dalam volume dan massa jenis:

Tabel 1. Massa jenis beberapa zat.

Terlepas dari derajat kompresinya, massa jenis benda cair dan padat terletak pada kisaran nilai yang sangat sempit (Tabel 1). Kepadatan gas bervariasi dalam batas yang sangat luas. Alasannya adalah seperti pada padatan, dan dalam cairan partikel-partikelnya berdekatan satu sama lain. Dalam media ini, jarak antar partikel yang berdekatan berada pada urutan 1 A dan sebanding dengan ukuran atom dan molekul. Oleh karena itu, padatan dan cairan mempunyai kompresibilitas yang sangat rendah, sehingga menyebabkan perbedaan densitas yang kecil. Dalam gas, situasinya berbeda. Jarak rata-rata antar partikel jauh melebihi ukurannya. Misalnya, untuk udara di dekat permukaan bumi adalah 10 2 A. Akibatnya, gas mempunyai kompresibilitas yang tinggi, dan kepadatannya dapat bervariasi dalam rentang yang sangat luas.

Contoh pemecahan masalah

CONTOH 1

CONTOH 2