اجازه دهید استوانه های آهنی و آلومینیومی با همان حجم را روی ترازو قرار دهیم. تعادل ترازو به هم خورده است. چرا؟

عدم تعادل به این معنی است که جرم اجسام یکسان نیست. وزن سیلندر آهنی جرم بیشترآلومینیوم اما حجم سیلندرها برابر است. این بدان معنی است که یک واحد حجم (1 سانتی متر مکعب یا 1 متر مکعب) آهن دارای جرم بیشتری از آلومینیوم است.

جرم یک ماده موجود در واحد حجم نامیده می شود چگالی ماده.

برای یافتن چگالی، باید جرم یک ماده را بر حجم آن تقسیم کنید. تراکم با حرف یونانی نشان داده می شود ρ (ro). سپس

چگالی = جرم/حجم،

ρ = متر/V .

واحد چگالی SI 1 کیلوگرم بر متر مکعب است. چگالی مواد مختلف به صورت تجربی تعیین شده و در جدول ارائه شده است:

چگالی مواد جامد، مایع و گاز (در حالت عادی فشار جو)

ماده	ρ, kg/m 3	ρ، g/cm 3
ماده در حالت جامد در دمای 20 درجه سانتیگراد
اوسمیوم	22600	22,6
ایریدیوم	22400	22,4
پلاتین	21500	21,5
طلا	19300	19,3
رهبری	11300	11,3
نقره	10500	10,5
فلز مس	8900	8,9
برنج	8500	8,5
اتوی استیل	7800	7,8
قلع	7300	7,3
فلز روی	7100	7,1
چدن	7000	7,0
کوراندوم	4000	4,0
آلومینیوم	2700	2,7
سنگ مرمر	2700	2,7
شیشه پنجره	2500	2,5
ظروف چینی	2300	2,3
بتن	2300	2,3
نمک سفره	2200	2,2
آجر	1800	1,8
پلکسی گلاس	1200	1,2
کاپرون	1100	1,1
پلی اتیلن	920	0,92
پارافین	900	0,90
یخ	900	0,90
بلوط (خشک)	700	0,70
کاج (خشک)	400	0,40
چوب پنبه	240	0,24
مایع در 20 درجه سانتیگراد
سیاره تیر	13600	13,60
اسید سولفوریک	1800	1,80
گلیسرول	1200	1,20
آب دریا	1030	1,03
اب	1000	1,00
روغن آفتابگردان	930	0,93
روغن ماشین	900	0,90
نفت سفید	800	0,80
الکل	800	0,80
روغن	800	0,80
استون	790	0,79
اتر	710	0,71
بنزین	710	0,71
قلع مایع (در تی= 400 درجه سانتیگراد)	6800	6,80
هوای مایع (در تی= -194 درجه سانتیگراد)	860	0,86
گاز در دمای 0 درجه سانتیگراد
کلر	3,210	0,00321
مونوکسید کربن (IV) ( دی اکسید کربن)	1,980	0,00198
اکسیژن	1,430	0,00143
هوا	1,290	0,00129
نیتروژن	1,250	0,00125
مونوکسید کربن (II) مونوکسید کربن)	1,250	0,00125
گاز طبیعی	0,800	0,0008
بخار آب (در تی= 100 درجه سانتیگراد)	0,590	0,00059
هلیوم	0,180	0,00018
هیدروژن	0,090	0,00009

چگونه بفهمیم که چگالی آب ρ = 1000 کیلوگرم بر متر مکعب است؟ پاسخ این سوال از فرمول بدست می آید. جرم آب در حجم V= 1 m 3 برابر است با متر= 1000 کیلوگرم

از فرمول چگالی، جرم یک ماده

متر = ρ V.

از دو جسم با حجم مساوی، جسمی با چگالی ماده بیشتر جرم بیشتری دارد.

با مقایسه چگالی آهن ρf = 7800 کیلوگرم بر متر مکعب و آلومینیم ρal = 2700 کیلوگرم بر متر مکعب، متوجه می‌شویم که چرا در آزمایش جرم یک استوانه آهنی بیشتر از جرم یک استوانه آلومینیومی است. همان حجم

اگر حجم یک جسم در سانتی متر 3 اندازه گیری شود، برای تعیین جرم بدن راحت است از مقدار چگالی ρ که بر حسب گرم بر سانتی متر مکعب بیان می شود استفاده کنید.

برای مثال، چگالی آب را از kg/m3 به g/cm3 تبدیل می کنیم:

ρ in = 1000 kg/m3 = 1000 \(\frac(1000~g)(1000000~cm^(3))\) = 1g/cm3.

بنابراین، مقدار عددی چگالی هر ماده، بر حسب گرم بر سانتی متر مکعب، 1000 برابر کمتر از مقدار عددی آن بیان شده بر حسب کیلوگرم بر متر مکعب است.

فرمول چگالی ماده ρ = متر/Vبرای اجسام همگن، یعنی برای اجسام متشکل از یک ماده استفاده می شود. اینها اجسامی هستند که حفره هوا ندارند یا حاوی ناخالصی مواد دیگر نیستند. خلوص ماده با چگالی اندازه گیری شده قضاوت می شود. آیا به عنوان مثال، فلز ارزانی داخل شمش طلا اضافه شده است؟

به عنوان یک قاعده، یک ماده در حالت جامد چگالی بیشتری نسبت به حالت مایع دارد. یک استثنا از این قاعده یخ و آب است که از مولکول های H 2 O تشکیل شده است. چگالی یخ ρ = 900 kg 3، چگالی آب ρ = 1000 kg 3 است. چگالی یخ کمتر از چگالی آب است که نشان‌دهنده چگالی کمتر مولکول‌ها (یعنی فواصل بیشتر بین آنها) در حالت جامد ماده (یخ) نسبت به حالت مایع (آب) است. در آینده با ناهنجاری های (ناهنجاری) بسیار جالب دیگری در خواص آب مواجه خواهید شد.

چگالی متوسط ​​زمین تقریباً 5.5 گرم بر سانتی متر مکعب است. این و سایر حقایق شناخته شده برای علم به ما اجازه داد تا در مورد ساختار زمین نتیجه گیری کنیم. ضخامت متوسط ​​پوسته زمین حدود 33 کیلومتر است. پوسته زمین عمدتاً از خاک و سنگ تشکیل شده است. چگالی متوسط ​​پوسته زمین 2.7 گرم بر سانتی متر مکعب است و چگالی سنگ هایی که مستقیماً در زیر پوسته زمین قرار دارند 3.3 گرم بر سانتی متر مکعب است. اما هر دوی این مقادیر کمتر از 5.5 گرم بر سانتی متر مکعب هستند، یعنی کمتر از چگالی متوسط ​​زمین. نتیجه این است که چگالی ماده واقع در اعماق کره زمین بیشتر از چگالی متوسط ​​زمین است. دانشمندان پیشنهاد می کنند که در مرکز زمین چگالی ماده به 11.5 گرم بر سانتی متر مکعب می رسد، یعنی به چگالی سرب نزدیک می شود.

تراکم متوسط ​​بافت بدن انسان 1036 کیلوگرم بر متر مکعب است، تراکم خون (در تی= 20 درجه سانتیگراد) - 1050 کیلوگرم بر متر مکعب.

چوب چگالی کمی دارد (2 برابر کمتر از چوب پنبه) بالسا. قایق و کمربند نجات از آن ساخته شده است. درختی در کوبا رشد می کند Eshinomena با موهای خاردارکه چگالی چوب آن 25 برابر کمتر از چگالی آب است، یعنی ρ ≈ 0.04 g/cm 3 . تراکم چوب بسیار بالا درخت مار. درختی مانند سنگ در آب فرو می رود.

سرانجام، افسانه ارشمیدس.

قبلاً در طول زندگی ارشمیدس دانشمند معروف یونان باستان، افسانه هایی در مورد او شکل گرفت که دلیل آن اختراعات او بود که معاصران خود را شگفت زده کرد. یکی از افسانه ها می گوید که هرون دوم پادشاه سیراکوزایی از متفکر خواست تا مشخص کند که آیا تاج او از طلای خالص ساخته شده است یا اینکه جواهرساز مقدار قابل توجهی نقره را در آن مخلوط کرده است. البته تاج باید دست نخورده باقی می ماند. تعیین جرم تاج برای ارشمیدس دشوار نبود. اندازه گیری دقیق حجم تاج به منظور محاسبه چگالی فلزی که از آن ریخته می شود و تعیین اینکه آیا طلای خالص است یا خیر، بسیار دشوارتر بود. مشکل این بود که شکل اشتباهی داشت!

یک روز ارشمیدس غرق در افکار تاج، در حال حمام کردن بود که در آنجا ایده درخشانی به ذهنش رسید. حجم تاج را می توان با اندازه گیری حجم آب جابجا شده توسط آن تعیین کرد (با این روش اندازه گیری حجم بدنه ای با شکل نامنظم آشنا هستید). ارشمیدس پس از تعیین حجم تاج و جرم آن، چگالی ماده ای را که جواهرساز از آن تاج ساخته است، محاسبه کرد.

همانطور که افسانه می گوید، چگالی ماده تاج کمتر از چگالی طلای خالص بود و جواهرساز نادرست گرفتار فریب شد.

شکل 1. جدول چگالی برخی از مواد. نویسنده24 - تبادل آنلاین آثار دانشجویی

تمام اجسام در جهان اطراف ما اندازه و حجم متفاوتی دارند. اما حتی با داده های حجمی یکسان، جرم مواد به طور قابل توجهی متفاوت خواهد بود. در فیزیک به این پدیده چگالی ماده می گویند.

چگالی یک مفهوم فیزیکی اساسی است که ایده ای از ویژگی های هر ماده شناخته شده را ارائه می دهد.

تعریف 1

چگالی یک ماده یک کمیت فیزیکی است که جرم یک ماده معین را در واحد حجم نشان می دهد.

واحدهای حجم بر حسب چگالی یک ماده معمولاً هستند متر مربعیا سانتی متر مکعب تعیین چگالی یک ماده با استفاده از تجهیزات و دستگاه های خاص انجام می شود.

برای تعیین چگالی یک ماده، باید جرم بدن آن را بر حجم خودش تقسیم کرد. هنگام محاسبه چگالی یک ماده از مقادیر زیر استفاده می شود:

وزن بدن ($m$)؛ حجم بدن ($V$)؛ تراکم بدن ($ρ$)

یادداشت 1

$ρ$ یک حرف از الفبای یونانی "rho" است و نباید با علامت مشابه برای فشار - $p$ ("peh") اشتباه گرفته شود.

فرمول چگالی مواد

چگالی یک ماده با استفاده از سیستم اندازه گیری SI محاسبه می شود. در آن واحدهای چگالی بر حسب کیلوگرم بر متر مکعب یا گرم بر سانتی متر مکعب بیان می شود. شما همچنین می توانید از هر سیستم اندازه گیری استفاده کنید.

یک ماده اگر در حالات مختلف تجمع باشد درجات چگالی متفاوتی دارد. به عبارت دیگر، چگالی یک ماده در حالت جامد با چگالی همان ماده در حالت مایع یا گاز متفاوت خواهد بود. برای مثال، چگالی آب در حالت مایع معمولی 1000 کیلوگرم بر متر مکعب است. در حالت یخ زده، آب (یخ) در حال حاضر دارای چگالی 900 کیلوگرم بر متر مکعب خواهد بود. بخار آب در فشار معمولی اتمسفر و دمای نزدیک به صفر درجه دارای چگالی 590 کیلوگرم بر متر مکعب خواهد بود.

فرمول استاندارد چگالی یک ماده به شرح زیر است:

علاوه بر فرمول استاندارد، که فقط برای مواد جامد استفاده می شود، یک فرمول برای گاز در شرایط عادی وجود دارد:

$ρ = M / Vm$، که در آن:

• $M$ جرم مولی گاز است،
• $Vm$ حجم مولی گاز است.

دو نوع جامد وجود دارد:

• متخلخل
• فله

تبصره 2

خصوصیات فیزیکی آنها به طور مستقیم بر چگالی ماده تأثیر می گذارد.

چگالی اجسام همگن

تعریف 2

چگالی اجسام همگن نسبت جرم یک جسم به حجم آن است.

مفهوم چگالی یک ماده شامل تعریف چگالی یک جسم همگن و توزیع یکنواخت با ساختار ناهمگن است که از این ماده تشکیل شده است. این یک مقدار ثابت است و برای درک بهتر اطلاعات، جداول ویژه ای تشکیل می شود که در آن همه مواد رایج جمع آوری می شوند. مقادیر برای هر ماده به سه جزء تقسیم می شود:

• چگالی جسم در حالت جامد؛
• چگالی جسم در حالت مایع؛
• چگالی جسم در حالت گازی

آب یک ماده نسبتاً همگن است. برخی از مواد چندان همگن نیستند، بنابراین میانگین چگالی بدن برای آنها تعیین می شود. برای بدست آوردن این مقدار لازم است که نتیجه ρ ماده برای هر جزء به طور جداگانه بدانیم. اجسام سست و متخلخل چگالی واقعی دارند. بدون در نظر گرفتن فضاهای خالی در ساختار آن تعیین می شود. وزن مخصوص را می توان با تقسیم جرم یک ماده بر کل حجمی که آن را اشغال می کند محاسبه کرد.

مقادیر مشابه با ضریب تخلخل با یکدیگر مرتبط هستند. این نشان دهنده نسبت حجم حفره ها به حجم کل بدنی است که در حال حاضر در حال بررسی است.

چگالی مواد به بسیاری از عوامل اضافی بستگی دارد. تعدادی از آنها به طور همزمان این مقدار را برای برخی از مواد افزایش می دهند و برای برخی دیگر کاهش می دهند. در دماهای پایین، چگالی ماده افزایش می یابد. برخی از مواد قادر به واکنش به تغییرات هستند رژیم دمامتفاوت در این مورد، مرسوم است که بگوییم چگالی در یک محدوده دمایی خاص به طور غیرعادی رفتار می کند. چنین موادی اغلب شامل برنز، آب، چدن و ​​برخی آلیاژهای دیگر است. بیشترین چگالی آب در دمای 4 درجه سانتیگراد است. با گرمایش یا سرمایش بیشتر، این شاخص نیز می تواند به طور قابل توجهی تغییر کند.

دگرگونی هایی با چگالی آب در طی انتقال از یک حالت تجمع به حالت دیگر رخ می دهد. اندیکاتور ρ در این موارد مقادیر خود را به طور ناگهانی تغییر می دهد. این به تدریج در طول انتقال به مایع از حالت گازی و همچنین در لحظه تبلور مایع افزایش می یابد.

موارد استثنایی زیادی وجود دارد. به عنوان مثال، سیلیکون در هنگام جامد شدن دارای مقادیر چگالی پایینی است.

اندازه گیری چگالی ماده

برای اندازه گیری موثر چگالی یک ماده، معمولاً از تجهیزات خاصی استفاده می شود. متشکل از:

• ترازو;
• ابزار اندازه گیریبه شکل خط کش؛
• فلاسک حجمی

اگر ماده مورد مطالعه در حالت جامد باشد، از اندازه گیری به شکل سانتی متر به عنوان وسیله اندازه گیری استفاده می شود. اگر ماده مورد مطالعه در حالت تجمع مایع باشد، از فلاسک حجمی برای اندازه گیری استفاده می شود.

ابتدا باید حجم بدن خود را با استفاده از یک سانتی متر یا فلاسک اندازه گیری کنید. محقق مقیاس اندازه گیری را مشاهده می کند و نتیجه حاصل را ثبت می کند. اگر بررسی شود تیر چوبی شکل مکعبی، سپس چگالی برابر با مقدار ضلع افزایش یافته به توان سوم خواهد بود. هنگام مطالعه یک مایع، لازم است علاوه بر این، جرم ظرفی که اندازه گیری ها با آن انجام می شود نیز در نظر گرفته شود. مقادیر به دست آمده باید در فرمول جهانی برای چگالی ماده و شاخص محاسبه شده جایگزین شوند.

برای گازها، محاسبه نشانگر بسیار دشوار است، زیرا استفاده از ابزارهای اندازه گیری مختلف ضروری است.

معمولاً برای محاسبه چگالی مواد از هیدرومتر استفاده می شود. برای بدست آوردن نتایج از مایعات طراحی شده است. چگالی واقعی با استفاده از پیکنومتر مطالعه می شود. خاک ها با استفاده از مته های کاچینسکی و سیدلمن بررسی می شوند.

یکی از مهم ترین شاخص های کنترل شده در تولید لوازم آرایشی و مکمل های غذایی، تراکم است. با توجه به محصولی که در حال تولید است، متخصصان شرکت “ مزرعه کورولف» از چندین مفهوم و تعاریف از چگالی استفاده کنید.

تعریف واضح تر از مفهوم چگالی مستلزم توضیح عبارت این اصطلاح است:

با چنین انتقال محدود کننده ای، باید در نظر گرفت که در سطح اتمی هر جسم ناهمگن است و بنابراین باید بر حجمی که برای مدل فیزیکی مورد استفاده استفاده می شود تمرکز کرد.

• چگالی ظاهری - چگالی ظاهری مواد مختلف فله (قند، لاکتوز، نشاسته و غیره) به عنوان مقدار این پودر (محصول فله) است که در حالت آزادانه در یک واحد حجم مشخص است.
• چگالی نسبی نسبت دو مفهوم است، یعنی. اصطلاحات، و می تواند به عنوان نسبت حجمی، یعنی چگالی ظاهری، به چگالی واقعی در نظر گرفته شود.

تراکم محصول یک پارامتر مهم در تولید محصولات آرایشی و بهداشتی است، زیرا بر آن تأثیر می گذارد ظاهرمحصول، خواص ارگانولپتیک آن، وزن و هزینه محصول نهایی. در نظر گرفتن تراکم محصول هنگام بسته بندی محصولات تولید شده در بطری ها، لوله ها، شیشه ها و غیره بسیار مهم است.

مثلا چگالی کرم ها کمتر از یک است. به عنوان یک قاعده، چگالی کرم در محدوده 0.96 - 0.98 g/cm3 است. مطابق با آزمایشات، در تراکم 0.96 و حجم 50 میلی لیتر، جرم خامه 48 گرم و در تراکم 0.98 جرم به 49 گرم افزایش می یابد.

برعکس، چگالی شامپوها بزرگتر یا مساوی واحد است، در محدوده 1.0 - 1.04 گرم بر سانتی متر مکعب است. تحقیقات نشان می دهد که با تراکم 1.0 و حجم 100 میلی لیتر، جرم شامپو در بسته 100 گرم و با تراکم 1.04 در حال حاضر 104 گرم است.

همانطور که قبلا ذکر شد، چگالی به عنوان نسبت توده بدن به حجم اشغال شده تعریف می شود. بنابراین، مقادیر عددی چگالی یک ماده، جرم واحد حجم پذیرفته شده یا مشخص شده این ماده را نشان می دهد. همانطور که از مثال بالا مشاهده می شود، چگالی فلز، در در این موردچدن، 7 کیلوگرم بر دسی متر 3. به نظر می رسد که 1 dm 3 چدن دارای جرم 7 کیلوگرم است. مقایسه چگالی آب لوله کشی– 1 کیلوگرم در لیتر. از این مثال به دست می آید که جرم 1 لیتر آب لوله کشی 1 کیلوگرم است. حجم یکسانی از مواد یا مواد مختلف وزن های متفاوتی دارند.
مشخص است که با کاهش دما، چگالی اجسام افزایش می یابد.

دو روش اصلی برای تعیین چگالی یک ماده وجود دارد: هیدرومتری و پیکنومتری. برای اندازه گیری چگالی مایعات مختلف از هیدرومتر و برای اندازه گیری چگالی کرم ها، مومیایی ها، ژل ها و خمیردندان ها از پیکنومتر استفاده می شود.

بر اساس تراکم اندازه گیری شده محصولات آرایشی و بهداشتی طبق جداول توافق شده در شرکت "محدودیت انحرافات مجاز محتویات خالص از مقدار اسمی" مطابق با GOST 8.579-2002 "الزامات مقدار کالاهای بسته بندی شده در بسته بندی هر نوع". نوع در طول تولید، بسته بندی، فروش و واردات آنها” حدود انحرافات مجاز محتویات خالص محصول از ارزش اسمی تعیین می شود.

هیدرومتر وسیله ای است که برای اندازه گیری چگالی مایعات و مواد مایع مختلف استفاده می شود. به عنوان یک قاعده، این یک لوله شیشه ای است که قطر قسمت پایین آن به طور قابل توجهی گسترش می یابد. در کالیبراسیون، قسمت منبسط شده با شات یا جیوه پر می شود که برای دستیابی به یک جرم مشخص استفاده می شود. در بالای هیدرومتر یک مقیاس مدرج در مقادیر چگالی متناظر مشخص وجود دارد. از آنجایی که چگالی مایعات و مواد مایع به طور قابل توجهی به دما بستگی دارد، هیدرومتر یا مجهز به دماسنج است یا دمای مایع به طور همزمان با دماسنج دیگری اندازه گیری می شود.

برای انجام روش اندازه گیری چگالی یک ماده یا مایع مایع، یک هیدرومتر تمیز با دقت در یک فنجان اندازه گیری به اندازه کافی بزرگ با مایع قرار می گیرد، اما به گونه ای که هیدرومتر آزادانه در آن شناور است. مقادیر چگالی با استفاده از مقیاس هیدرومتر مایع واقع در لبه پایینی منیسک تعیین می شود.

در فیزیک، هیدرومتر وسیله ای است که برای تعیین مقدار چگالی و در نتیجه وزن مخصوص اجسام استفاده می شود.

مورخان علم معتقدند که هیدرومتر به عنوان وسیله ای برای اندازه گیری توسط هیپاتیا، دانشمند زن مشهور، ستاره شناس، ریاضیدان و فیلسوف، رئیس مکتب اسکندریه نوافلاطونی اختراع شده است. به لطف کار علمی او، ابزارهای دیگری اختراع یا بهبود یافت: یک دستگاه تقطیر، یک اسطرلاب و یک صفحه کره.

طراحی هیدرومترهای مدرن، مانند هیدرومترهای مورد استفاده در دوران باستان، بر اساس قانون شناخته شده هیدرواستاتیک - قانون ارشمیدس، همانطور که از مدرسه شناخته شده است، است. کلاس های خردسالقانون ارشمیدس می گوید که هر جسم در یک مایع شناور می شود و آنقدر در آن فرو می رود که وزن مایع جابجا شده توسط این جسم برابر با وزن کل بدن شناور در این مایع است.

شرایط جالبی قبل از کشف قانون ارشمیدس وجود داشت که در طول زمان دانشمند را تجلیل کرد. همه فریاد می زنند: «اورکا!» و راه حلی برای یک مشکل دشوار پیدا می کند، اما قبل از آن یک داستان کامل وجود دارد.

ارشمیدس در دربار هیرو دوم، ظالم سیراکوز، که از 270 تا 215 قبل از میلاد سلطنت کرد و از 269 قبل از میلاد عنوان پادشاه را یدک می کشید، خدمت کرد. هیرون به عنوان حاکمی مکار، حریص و مشکوک شناخته می شد.

او به جواهرات خود مشکوک بود که هنگام ساختن اقلام طلا، نقره را به طلا یا بدتر از آن قلع را به فلز نجیب می‌آمیختند که دلیل کشف یکی از قوانین فیزیکی بود. او به ارشمیدس دستور داد تا جواهرسازان را افشا کند، زیرا مطمئن بود که هنگام ساختن تاج برای او، جواهرسازان طلا را می دزدند.

برای حل این کار دشواردانستن نه تنها جرم، بلکه تعیین حجم تاج ساخته شده نیز ضروری است، و این سخت ترین کار برای محاسبه چگالی فلز بود. تاج شکل هندسی پیچیده و نامنظمی دارد و تعیین حجم آن بسیار مشکل است. کار ساده، راه حلی که ارشمیدس مدت ها در مورد آن فکر می کرد.

راه حل توسط ارشمیدس پیدا شد به روشی اصیلوقتی در حمام غوطه ور شد، پس از غوطه ور شدن در آب، سطح آب به شدت بالا رفت. بدن دانشمند حجم مساوی آب را جابجا کرد. "اورکا!" - ارشمیدس فریاد زد و همانطور که افسانه می گوید بدون اینکه لباس بپوشد به سمت قصر دوید. سپس همه چیز ساده بود. او تاج را در آب غوطه ور کرد، حجم مایع جابجا شده را اندازه گرفت و به این ترتیب حجم تاج را تعیین کرد.

به لطف این، ارشمیدس اصل یا همان طور که به آن قانون شناوری نیز گفته می شود را کشف کرد. جسم جامد غوطه ور در مایع، حجمی از مایع را به اندازه حجم جسم غوطه ور در مایع جابه جا می کند. هر جسمی می تواند در آب شناور شود که چگالی متوسط ​​آن کمتر از چگالی مایعی باشد که در آن قرار گرفته است.

قانون ارشمیدس می گوید: هر جسمی که در یک مایع یا گاز غوطه ور شود، توسط نیروهای شناوری که به سمت بالا هدایت می شوند و برابر با وزن مایع یا گاز جابجا شده توسط آن، وارد می شود.
تا به امروز، بشریت دانش به دست آمده از اجداد دور را در بسیاری از زمینه های فعالیت خود از جمله در تولید لوازم آرایشی با موفقیت به کار برده است.

همانطور که قبلا ذکر شد، پیکنومتر نیز برای اندازه گیری چگالی استفاده می شود. اندازه گیری چگالی با استفاده از پیکنومتر به شرح زیر انجام می شود.

قبل از انجام آزمایش، لازم است پیکنومتر را به طور متوالی با یک حلال شستشو دهید تا آثار ماده آزمایش حذف شود، سپس با مخلوط کروم، آب، الکل، اتر، خشک شود و وزن ثابت شود (نتیجه توزین بر حسب گرم ثبت می شود. دقیق به رقم چهارم اعشار).

پیکنومتر با آب مقطر با استفاده از قیف یا پیپت کمی بالاتر از علامت پر می شود، با یک درپوش بسته می شود و به مدت 20 دقیقه در یک ترموستات در دمای (20 ± 0.1) درجه سانتیگراد قرار می گیرد.

هنگامی که دما به (20 ± 0.1) درجه سانتیگراد می رسد، لازم است سطح آب را در پیکنومتر به علامت برسانید، آب اضافی را با استفاده از یک پیپت یا نوار کاغذ صافی که در یک لوله نورد شده است، به سرعت خارج کنید، یا آب را به آن اضافه کنید. پیکنومتر را با درپوش ببندید و پیکنومتر را به مدت 10 دقیقه در ترموستات با دمای (20±0.1) درجه سانتیگراد قرار دهید.

پیکنومتر را از ترموستات خارج کرده، وزن کنید، آن را از آب خالی کنید، خشک کنید، پیکنومتر را با مایع تست پر کنید و آن را ترموستات کنید.

چگالی () را بر حسب گرم بر سانتی متر مکعب با استفاده از فرمول محاسبه کنید:

جایی که : m 1 - جرم پیکنومتر با مایع آزمایش، g.
m 0 - جرم یک پیکنومتر خالی، g.
متر 2 - جرم پیکنومتر با آب، گرم؛
الف - تصحیح برای نیروهای هوازی، محاسبه شده توسط فرمول:

A= 0.0012 x V.

جایی که : V – حجم پیکنومتر، سانتی متر 3;
0.0012 - چگالی هوا در 200 درجه سانتیگراد، گرم بر سانتیمتر مکعب؛
0.9982 - چگالی آب در 200 درجه سانتیگراد، g/cm3.

در شرکت KorolevPharm، از یک روش اکسپرس برای اندازه گیری تراکم محصولات آرایشی با قوام غلیظ (امولسیون، ژل کرم، ژل، مومیایی کردن و غیره) استفاده می شود. ماهیت آن در این واقعیت نهفته است که از یک سرنگ کالیبره شده برای آزمایش استفاده می شود.

برای تعیین تراکم، سرنگ خالی را وزن کنید (نتیجه توزین بر حسب گرم تا رقم دوم اعشار ثبت می شود)، سرنگ را با آب مقطر تا حداکثر علامت پر کنید، سپس سطح سرنگ را کاملا پاک کنید و دوباره وزن کنید.

حجم (V) سرنگ را با استفاده از فرمول تعیین کنید:

جایی که : متر 1 - جرم سرنگ با آب (گرم), , 0.9982 - چگالی آب در 200 درجه سانتیگراد، g/cm3.

سرنگ خالی را دوباره وزن کنید (نتیجه توزین بر حسب گرم دقیق تا رقم دوم اعشار ثبت می شود)، سرنگ را با جرم آرایشی تا حداکثر علامت پر کنید و از هرگونه حباب هوا اجتناب کنید.

سطح سرنگ را با دقت پاک کنید و دوباره وزن کنید.

چگالی () را بر حسب گرم بر سانتی متر مکعب با استفاده از فرمول محاسبه کنید:

جایی که، متر 1 - جرم یک سرنگ با یک محصول آرایشی (گرم), متر 0 - جرم یک سرنگ خالی (گرم), V – حجم سرنگ (سانتی متر 3)

نتیجه آزمایش به عنوان میانگین حسابی نتایج دو تعیین موازی در نظر گرفته می شود که اختلاف بین آنها از 0.01 گرم بر سانتی متر مکعب تجاوز نمی کند.
این روش به شما امکان می دهد تا به سرعت چگالی محصول آرایشی تولید شده را تعیین کنید.

تراکم- مشخص کردن کمیت فیزیکی مشخصات فیزیکییک ماده، که برابر است با نسبت جرم یک جسم به حجم اشغال شده توسط این جسم.

چگالی (چگالی یک جسم همگن یا چگالی متوسط ​​یک جسم ناهمگن) را می توان با استفاده از فرمول محاسبه کرد:

[ρ] = kg/m³; [m] = کیلوگرم؛ [V] = m³.

جایی که متر- جرم بدن، V- حجم آن؛ فرمول به سادگی یک نماد ریاضی برای تعریف اصطلاح "چگالی" است.

همه مواد از مولکول تشکیل شده اند، بنابراین جرم هر جسم از جرم مولکول های آن تشکیل شده است. این شبیه به این است که جرم یک کیسه آب نبات مجموع جرم تمام آب نبات های کیسه است. اگر همه آب نبات ها یکسان باشند، می توان جرم یک کیسه آب نبات را با ضرب جرم یک آب نبات در تعداد آب نبات های موجود در کیسه تعیین کرد.

مولکول های یک ماده خالص یکسان هستند. بنابراین، جرم یک قطره آب برابر است با حاصلضرب جرم یک مولکول آب و تعداد مولکول های موجود در قطره.

چگالی یک ماده نشان می دهد که جرم 1 m³ این ماده چقدر است.

چگالی آب 1000 کیلوگرم بر متر مکعب است، به این معنی که جرم 1 متر مکعب آب 1000 کیلوگرم است. این عدد را می توان با ضرب جرم یک مولکول آب در تعداد مولکول های موجود در 1 متر مکعب از حجم آن به دست آورد.
چگالی یخ 900 کیلوگرم بر متر مکعب است، به این معنی که جرم 1 متر مکعب یخ 900 کیلوگرم است.
گاهی اوقات از واحد چگالی g/cm³ استفاده می شود، بنابراین می توان آن را نیز گفتجرم 1 سانتی‌متر یخ 0.9 گرم است.

هر ماده حجم معینی را اشغال می کند. و ممکن است معلوم شود که حجم دو جسم برابر است، و توده های آنها متفاوت است. در این مورد می گویند که چگالی این مواد متفاوت است.

همچنین وقتی جرم دو جسم برابر باشدحجم آنها متفاوت خواهد بود. به عنوان مثال، حجم یخ تقریبا 9 برابر بیشتر از حجم یک میله آهنی است.

چگالی یک ماده به دمای آن بستگی دارد.

با افزایش دما، چگالی معمولا کاهش می یابد. این به دلیل انبساط حرارتی است، زمانی که حجم افزایش می یابد در حالی که جرم بدون تغییر باقی می ماند.

با کاهش دما، چگالی افزایش می یابد. اگرچه موادی وجود دارند که چگالی آنها در یک محدوده دمایی خاص رفتار متفاوتی دارد. به عنوان مثال، آب، برنز، چدن. بنابراین، چگالی آب در دمای 4 درجه سانتی گراد حداکثر مقدار دارد و با افزایش و کاهش دما نسبت به این مقدار کاهش می یابد.

هنگامی که حالت تجمع تغییر می کند، چگالی یک ماده به طور ناگهانی تغییر می کند: چگالی در طول انتقال از حالت گازی به مایع و زمانی که مایع جامد می شود افزایش می یابد. آب، سیلیکون، بیسموت و برخی مواد دیگر از این قاعده مستثنی هستند، زیرا چگالی آنها در صورت جامد شدن کاهش می یابد.

حل مسئله

وظیفه شماره 1.
یک صفحه فلزی مستطیل شکل به طول 5 سانتی متر و عرض 3 سانتی متر و ضخامت 5 میلی متر 85 گرم جرم دارد از چه ماده ای می توان ساخت؟

تجزیه و تحلیل یک مشکل فیزیکیبرای پاسخ به سوال مطرح شده، باید چگالی ماده ای را که صفحه از آن ساخته شده است، تعیین کرد. سپس با استفاده از جدول چگالی مشخص کنید که مقدار چگالی پیدا شده با کدام ماده مطابقت دارد. این مشکل در این واحدها (یعنی بدون تبدیل به SI) قابل حل است.

وظیفه شماره 2.
یک توپ مسی با حجم 200 سانتی متر مکعب، 1.6 کیلوگرم جرم دارد. مشخص کنید که این توپ جامد یا خالی است. اگر توپ خالی است، حجم حفره را تعیین کنید.

تجزیه و تحلیل یک مشکل فیزیکیاگر حجم مس کمتر از حجم کره V مس باشد

وظیفه شماره 3.
قوطی که 20 کیلوگرم آب را در خود جای می دهد با بنزین پر می شود. جرم بنزین را در قوطی تعیین کنید.

تجزیه و تحلیل یک مشکل فیزیکیبرای تعیین جرم بنزین در یک قوطی، باید چگالی بنزین و ظرفیت قوطی را که برابر با حجم آب است، پیدا کنیم. حجم آب با جرم و چگالی آن تعیین می شود. چگالی آب و بنزین را در جدول پیدا می کنیم. بهتر است مشکل را در واحدهای SI حل کنید.

وظیفه شماره 4.
یک آلیاژ از 800 سانتی متر مکعب قلع و 100 سانتی متر مکعب سرب ساخته شد. چگالی آن چقدر است؟ نسبت جرمی قلع و سرب در آلیاژ چقدر است؟

تعریف

تراکمیک کمیت فیزیکی اسکالر است که به عنوان نسبت جرم یک جسم به حجمی که آن را اشغال می کند تعریف می شود.

این کمیت معمولاً با حرف یونانی r یا حروف لاتین D و نشان داده می شود د. واحد اندازه گیری چگالی در سیستم SI برابر با kg/m 3 و در GHS - g/cm 3 در نظر گرفته می شود.

چگالی را می توان با استفاده از فرمول محاسبه کرد:

نسبت جرم یک گاز معین به جرم گاز دیگر گرفته شده در همان حجم، در همان دما و فشار یکسان را چگالی نسبی گاز اول به گاز دوم می نامند.

به عنوان مثال، در شرایط عادی، جرم دی اکسید کربن در حجم 1 لیتر 1.98 گرم و جرم هیدروژن در همان حجم و در شرایط مشابه 0.09 گرم است که از آن چگالی دی اکسید کربن توسط هیدروژن خواهد بود. باشد: 1.98 / 0. 09 = 22.

نحوه محاسبه چگالی یک ماده

بگذارید چگالی نسبی گاز m 1 / m 2 را با حرف D نشان دهیم. سپس

بنابراین، جرم مولی یک گاز برابر است با چگالی آن نسبت به گاز دیگر، ضرب در جرم مولی گاز دوم.

اغلب چگالی گازهای مختلف در رابطه با هیدروژن، به عنوان سبک ترین گازها، تعیین می شود. از آنجایی که جرم مولی هیدروژن 2.0158 گرم بر مول است، در این حالت معادله محاسبه جرم مولی به شکل زیر است:

یا اگر جرم مولی هیدروژن را به عدد 2 گرد کنیم:

برای مثال، با محاسبه این معادله جرم مولی دی اکسید کربن، که چگالی آن برای هیدروژن، همانطور که در بالا نشان داده شد، 22 است، در می یابیم:

M(CO 2) = 2 × 22 = 44 گرم در مول.

نمونه هایی از حل مسئله

مثال 1

ورزش	حجم آب و جرم کلرید سدیم NaCl را که برای تهیه 250 میلی لیتر محلول 0.7 مولار لازم است محاسبه کنید. چگالی محلول را برابر 1 گرم بر سانتی متر در نظر بگیرید. کسر جرمی کلرید سدیم در این محلول چقدر است؟
راه حل	غلظت مولی یک محلول برابر با 0.7 M نشان می دهد که 1000 میلی لیتر محلول حاوی 0.7 مول نمک است. سپس می توانید میزان نمک موجود در 250 میلی لیتر از این محلول را دریابید: n(NaCl) = V محلول (NaCl) × C M (NaCl); n (NaCl) = 250 × 0.7 / 1000 = 0.175 مول. بیایید جرم 0.175 مول کلرید سدیم را پیدا کنیم: M(NaCl) = Ar(Na) + Ar(Cl) = 23 + 35.5 = 58.5 گرم بر مول. m(NaCl) = n(NaCl) × M(NaCl); m(NaCl) = 0.175 × 58.5 = 10.2375 گرم. بیایید جرم آب مورد نیاز برای بدست آوردن 250 میلی لیتر محلول کلرید سدیم 0.7 مولار را محاسبه کنیم: r = m محلول / V; m محلول = V×r = 250 × 1 = 250 گرم. m(H 2 O) = 250 - 10.2375 = 239.7625 گرم.
پاسخ	جرم آب 239.7625 گرم است، حجم آن همان مقدار است، زیرا چگالی آب 1 گرم در سانتی متر است.

مثال 2

ورزش	حجم آب و جرم نیترات پتاسیم KNO 3 را که برای تهیه 150 میلی لیتر محلول 0.5 مولار لازم است محاسبه کنید. چگالی محلول را برابر 1 گرم بر سانتی متر در نظر بگیرید. کسر جرمی نیترات پتاسیم در چنین محلولی چقدر است؟
راه حل	غلظت مولی یک محلول برابر با 0.5 M نشان می دهد که 1000 میلی لیتر محلول حاوی 0.7 مول نمک است. سپس می توانید میزان نمک موجود در 150 میلی لیتر از این محلول را دریابید: n(KNO 3) = V محلول (KNO 3) × C M (KNO 3). n (KNO 3) = 150 × 0.5 / 1000 = 0.075 مول. بیایید جرم 0.075 مول نیترات پتاسیم را پیدا کنیم: M(KNO 3) = Ar(K) + Ar(N) + 3×Ar(O) = 39 + 14 + 3×16 = 53 + 48 = 154 گرم بر مول. m(KNO 3) = n(KNO 3) × M(KNO 3); m(KNO 3) = 0.075 × 154 = 11.55 گرم. بیایید جرم آب مورد نیاز برای به دست آوردن 150 میلی لیتر از محلول 0.5 مولار نیترات پتاسیم را محاسبه کنیم: r = m محلول / V; m محلول = V ×r = 150 × 1 = 150 گرم. m(H2O) = m محلول - m(NaCl); m(H 2 O) = 150 - 11.55 = 138.45 گرم.
پاسخ	جرم آب 138.45 گرم است، حجم آن همان مقدار است، زیرا چگالی آب 1 گرم در سانتی متر است.