Vzorec hustoty hmoty. Vzorce relativní hustoty

Poté, co se školáci seznámili s konceptem hmoty a objemu látek ve fyzice, studují důležitou charakteristiku jakéhokoli těla, která se nazývá hustota. Níže uvedený článek je věnován právě této velikosti. Níže jsou uvedeny otázky fyzického významu hustoty. Je také uveden vzorec hustoty. Jsou popsány způsoby jejího experimentálního měření.

Pojem hustoty

Začněme článek přímým zápisem vzorce hustoty hmoty. Má následující vzhled:

ρ = m / V.

Zde je m hmotnost dotyčného těla. V systému SI je vyjádřena v kilogramech. V úkolech a v praxi můžete také najít další jednotky jeho měření, například gramy nebo tuny.

Symbol V ve vzorci označuje objem, který charakterizuje geometrické parametry těla. Měří se v Si OH v metrech krychlových, používají se však také kubické kilometry, litry, mililitry atd. d.

Vzorec hustoty ukazuje, jaká hmotnost látky je obsažena v jednotce objemu. Pomocí velikosti ρ můžete odhadnout, která hmotnost dvou těl bude větší se stejnými objemy, nebo objem obou těles bude větší se stejnými hmotami. Například dřevo je méně husté než železo. Proto se stejnými objemy těchto látek hmotnost železa výrazně překročí podobnou hodnotu pro strom.

Pojem relativní hustoty

Již samotný název této veličiny naznačuje, že studovaná veličina pro jedno tělo bude považována za relativně podobnou charakteristiku pro druhé. Vzorec relativní hustoty ρ_r má tento vzhled:

ρ_r = ρ_s / ρ₀.

Kde ρ_s - hustota měřeného materiálu, ρ₀ - hustota, o které se měří velikost ρ_r. Je zřejmé, že ρ_r je bezrozměrná. Ukazuje, kolikrát je měřená látka hustší než zvolený standard.

Pro kapaliny a pevné látky jako standardní ρ₀ vyberte tuto hodnotu pro destilovanou vodu při teplotě 4 ^oC. Právě při této teplota vody má maximální hustotu, která je vhodná pro výpočet-1000 Kg/m³ nebo 1 kg / l.

U plynových systémů se jako standard používá hustota vzduchu při atmosférickém tlaku a teplotě 0 ^oC.

Závislost hustoty na tlaku a teplotě

Studovaná hodnota není pro konkrétní tělo konstantní, pokud změníte její teplotu nebo vnější tlak. Kapaliny a pevné látky jsou však v mnoha situacích nestlačitelné, to znamená, že jejich hustota je udržována konstantní při změně tlaku a při změně teploty.

Vliv tlaku se projevuje následovně: když se zvyšuje, průměrné interatomické a intermolekulární vzdálenosti se zmenšují, což zvyšuje počet molů hmoty v jednotce objemu. Hustota se tedy zvyšuje. Jasný vliv tlaku na studovanou charakteristiku je pozorován v případě plynů.

Teplota má opačný účinek než tlak. Se zvyšující se teplotou se zvyšuje kinetická energie částic hmoty, začínají se aktivněji pohybovat, což vede ke zvýšení průměrných vzdáleností mezi nimi. Poslední skutečnost vede ke snížení hustoty.

Opět u plynů je tento účinek pozorován jasněji než u kapalin a pevných látek. Z uvedeného pravidla existuje výjimka-je to voda. Experimentálně bylo zjištěno, že v teplotním intervalu 0-4 ^oPři zahřátí se jeho hustota zvyšuje.

Homogenní a heterogenní těla

Výše uvedený vzorec hustoty odpovídá tzv. Pokud v něm přidělíte malý objem, vypočítaná hodnota ρ_i může se velmi lišit od předchozí hodnoty. Tato skutečnost je spojena s přítomností nehomogenního rozložení hmotnosti podle objemu. V tomto případě hustota ρ_i nazývá se místní.

Při pohledu na otázku heterogenní distribuce látky se zdá zajímavé objasnit jeden bod. Když začneme uvažovat o elementárním objemu blízkém atomovým měřítkům, pak je narušena představa kontinuity média, což znamená, že použití charakteristiky místní hustoty nedává smysl. Je známo, že téměř celá hmotnost atomu je koncentrována v jeho jádru, jehož poloměr je řádově 10^-13 metru. Hustota jádra se odhaduje na obrovské číslo. To je 2,3 * 10¹⁷ kg / m³.

Měření hustoty

Výše bylo ukázáno, že podle vzorce se hustota rovná poměru hmotnosti k objemu. Tato skutečnost umožňuje určit specifikovanou charakteristiku jednoduchým zvážením těla a měřením jeho geometrických parametrů.

Pokud je tvar těla velmi složitý, pak univerzální metodou stanovení hustoty bude hydrostatické vážení. Je založen na použití archimédské síly. Podstata metody je jednoduchá. Nejprve se tělo váží ve vzduchu a poté ve vodě. Hmotnostní rozdíl se používá k výpočtu neznámé hustoty. K tomu použijte následující vzorec:

ρ = ρ_l * P₀ / (P₀ - P_l),

kde P₀, P_l - tělesná hmotnost ve vzduchu a v tekutině. Respektive ρ_l - hustota kapaliny.

Metoda hydrostatického vážení pro stanovení hustoty byla podle legendy poprvé použita filozofem Syrakus Archimedes. Byl schopen bez narušení fyzické integrity koruny určit, že k jeho výrobě bylo použito nejen zlato, ale i jiné méně husté kovy.