Densità- grandezza fisica caratterizzante Proprietà fisiche di una sostanza, che è uguale al rapporto tra la massa di un corpo e il volume occupato da questo corpo.

Densità (densità di un corpo omogeneo o densità media eterogeneo) può essere calcolato utilizzando la formula:

[ρ] = kg/m³; [m] = kg; [V] = m³.

Dove M- massa corporea, V- il suo volume; la formula è semplicemente una notazione matematica per la definizione del termine "densità".

Tutte le sostanze sono costituite da molecole, quindi la massa di qualsiasi corpo è costituita dalle masse delle sue molecole. Questo è simile a come la massa di un sacchetto di caramelle è la somma delle masse di tutte le caramelle nel sacchetto. Se tutte le caramelle sono uguali, la massa di un sacchetto di caramelle potrebbe essere determinata moltiplicando la massa di una caramella per il numero di caramelle nel sacchetto.

Le molecole di una sostanza pura sono identiche. Pertanto, la massa di una goccia d'acqua è uguale al prodotto della massa di una molecola d'acqua per il numero di molecole nella goccia.

La densità di una sostanza mostra qual è la massa di 1 m³ di tale sostanza.

La densità dell'acqua è 1000 kg/m³, ciò significa che la massa di 1 m³ d'acqua è 1000 kg. Questo numero può essere ottenuto moltiplicando la massa di una molecola d'acqua per il numero di molecole contenute in 1 m³ del suo volume.
La densità del ghiaccio è 900 kg/m³, ciò significa che la massa di 1 m³ di ghiaccio è 900 kg.
A volte viene utilizzata l'unità di densità g/cm³, quindi possiamo dire anche così la massa di 1 cm³ di ghiaccio è 0,9 g.

Ogni sostanza occupa un certo volume. E potrebbe rivelarsi così i volumi dei due corpi sono uguali, e le loro masse sono diverse. In questo caso, dicono che le densità di queste sostanze sono diverse.

Anche quando le masse di due corpi sono uguali i loro volumi saranno diversi. Ad esempio, il volume del ghiaccio è quasi 9 volte maggiore del volume di una sbarra di ferro.

La densità di una sostanza dipende dalla sua temperatura.

All’aumentare della temperatura, la densità solitamente diminuisce. Ciò è dovuto alla dilatazione termica, quando il volume aumenta mentre la massa rimane invariata.

Al diminuire della temperatura aumenta la densità. Sebbene esistano sostanze la cui densità si comporta diversamente in un determinato intervallo di temperature. Ad esempio acqua, bronzo, ghisa. Pertanto, la densità dell'acqua ha un valore massimo a 4 °C e diminuisce sia all'aumentare che al diminuire della temperatura rispetto a questo valore.

Quando cambia lo stato di aggregazione, la densità di una sostanza cambia bruscamente: la densità aumenta durante il passaggio dallo stato gassoso a quello liquido e quando il liquido solidifica. L'acqua, il silicio, il bismuto e alcune altre sostanze fanno eccezione a questa regola, poiché la loro densità diminuisce quando solidificano.

Risoluzione dei problemi

Compito n. 1.
Una piastra metallica rettangolare lunga 5 cm, larga 3 cm e spessa 5 mm ha una massa di 85 g. Di che materiale può essere fatta?

Analisi di un problema fisico. Per rispondere alla domanda posta, è necessario determinare la densità della sostanza di cui è composta la lastra. Quindi, utilizzando la tabella della densità, determinare a quale sostanza corrisponde il valore di densità trovato. Questo problema può essere risolto in queste unità (cioè senza conversione in SI).

Compito n. 2.
Una palla di rame con un volume di 200 cm 3 ha una massa di 1,6 kg. Determina se questa palla è solida o vuota. Se la palla è vuota, determinare il volume della cavità.

Analisi di un problema fisico. Se il volume del rame è inferiore al volume della sfera V rame

Compito n.3.
Una tanica contenente 20 kg di acqua è riempita di benzina. Determinare la massa della benzina nella tanica.

Analisi di un problema fisico. Per determinare la massa della benzina in una tanica, dobbiamo trovare la densità della benzina e la capacità della tanica, che è uguale al volume dell'acqua. Il volume dell'acqua è determinato dalla sua massa e densità. Troviamo la densità dell'acqua e della benzina nella tabella. È meglio risolvere il problema in unità SI.

Compito n. 4.
È stata realizzata una lega da 800 cm 3 di stagno e 100 cm 3 di piombo. Qual è la sua densità? Qual è il rapporto in massa tra stagno e piombo nella lega?

I corpi che ci circondano sono costituiti da varie sostanze: ferro, legno, gomma, ecc. La massa di qualsiasi corpo dipende non solo dalle sue dimensioni, ma anche dalla sostanza di cui è costituito. Corpi dello stesso volume, costituiti da sostanze diverse, hanno masse diverse. Ad esempio, dopo aver pesato due cilindri costituiti da sostanze diverse, alluminio e piombo, vedremo che la massa del cilindro di alluminio è inferiore alla massa del cilindro di piombo.

Allo stesso tempo, corpi con la stessa massa, costituiti da sostanze diverse, hanno volumi diversi. Pertanto, una barra di ferro del peso di 1 tonnellata occupa un volume di 0,13 m 3 e il ghiaccio del peso di 1 tonnellata occupa un volume di 1,1 m 3. Il volume del ghiaccio è quasi 9 volte maggiore del volume di una sbarra di ferro. Cioè, sostanze diverse possono avere densità diverse.

Ne consegue che corpi con lo stesso volume, costituiti da sostanze diverse, hanno masse diverse.

La densità mostra la massa di una sostanza presa in un certo volume. Cioè, se si conoscono la massa di un corpo e il suo volume, è possibile determinarne la densità. Per trovare la densità di una sostanza è necessario dividere la massa del corpo per il suo volume.

La densità della stessa sostanza negli stati solido, liquido e gassoso è diversa.

Le densità di alcuni solidi, liquidi e gas sono riportate nelle tabelle.

Densità di alcuni solidi (a pressione atmosferica normale, t = 20 ° C).

Solido

ρ ,kg/m3

ρ , g/cm3

Solido

ρ ,kg/m3

ρ , g/cm3

Vetro della finestra

Pino (secco)

Plexiglas

Zucchero raffinato

Polietilene

Quercia (secca)

Densità di alcuni liquidi (a pressione atmosferica normale t = 20 ° C).

Liquido

ρ ,kg/m3

ρ , g/cm3

Liquido

ρ ,kg/m3

ρ , g/cm3

L'acqua è pulita

Latte intero

Olio di semi di girasole

Stagno liquido (at T= 400°C)

Olio per macchine

Aria liquida (a T= -194°C)

FISICA DEI CRISTALLI

PROPRIETÀ FISICHE DEI CRISTALLI

Densità

La densità è una quantità fisica determinata per una sostanza omogenea dalla massa della sua unità di volume. Per una sostanza disomogenea, la densità ad un certo punto viene calcolata come limite del rapporto tra la massa del corpo (m) e il suo volume (V), quando il volume si contrae fino a questo punto. La densità media di una sostanza eterogenea è il rapporto m/V.

La densità di una sostanza dipende dalla sua massa atomi, di cui è costituito, e dalla densità di impaccamento di atomi e molecole nella sostanza. Maggiore è la massa degli atomi, maggiore è la densità.

Ma se consideriamo la stessa sostanza in diversi stati di aggregazione, vedremo che la sua densità sarà diversa!

Un solido è uno stato di aggregazione di una sostanza, caratterizzato dalla stabilità della forma e dalla natura del movimento termico degli atomi, che eseguono piccole vibrazioni attorno alle posizioni di equilibrio. I cristalli sono caratterizzati dalla periodicità spaziale nella disposizione delle posizioni di equilibrio degli atomi. Nei corpi amorfi gli atomi vibrano attorno a punti posizionati casualmente. Secondo i concetti classici, lo stato stabile (con un minimo di energia potenziale potenziale) di un solido è cristallino. Un corpo amorfo è in uno stato metastabile e col tempo dovrebbe trasformarsi in uno stato cristallino, ma il tempo di cristallizzazione è spesso così lungo che la metastabilità non appare affatto.

Gli atomi sono strettamente legati tra loro e molto fitti. Pertanto, una sostanza allo stato solido ha la densità più alta.

Lo stato liquido è uno degli stati aggregati della materia. La proprietà principale di un liquido, che lo distingue da altri stati di aggregazione, è la capacità di cambiare forma illimitatamente sotto l'influenza di sollecitazioni meccaniche, anche arbitrariamente piccole, pur mantenendo praticamente il suo volume.

Lo stato liquido è solitamente considerato intermedio tra solido e gas: un gas non conserva né volume né forma, ma un solido li conserva entrambi.

La forma dei corpi liquidi può essere determinata in tutto o in parte dal fatto che la loro superficie si comporta come una membrana elastica. Quindi, l'acqua può raccogliersi in gocce. Ma un liquido è capace di scorrere anche sotto la sua superficie stazionaria, e questo significa anche che la forma (le parti interne del corpo liquido) non si conserva.

La densità di impaccamento di atomi e molecole è ancora elevata, quindi la densità di una sostanza allo stato liquido non è molto diversa da quella allo stato solido.

Il gas è uno stato di aggregazione di una sostanza, caratterizzato da legami molto deboli tra le sue particelle costituenti (molecole, atomi o ioni), nonché dalla loro elevata mobilità. Le particelle di gas si muovono quasi liberamente e in modo caotico negli intervalli tra le collisioni, durante le quali si verifica un brusco cambiamento nella natura del loro movimento.

Lo stato gassoso di una sostanza in condizioni in cui è possibile l'esistenza di una fase liquida o solida stabile della stessa sostanza è solitamente chiamato vapore.

Come i liquidi, i gas hanno fluidità e resistono alla deformazione. A differenza dei liquidi, i gas non hanno un volume fisso e non formano una superficie libera, ma tendono a riempire l'intero volume disponibile (ad esempio un recipiente).

Lo stato gassoso è lo stato più comune della materia nell'Universo (materia interstellare, nebulose, stelle, atmosfere planetarie, ecc.). Le proprietà chimiche dei gas e delle loro miscele sono molto diverse: dai gas inerti a bassa attività alle miscele di gas esplosive. I gas a volte includono non solo sistemi di atomi e molecole, ma anche sistemi di altre particelle: fotoni, elettroni, particelle browniane e plasma.

Le molecole liquide non hanno una posizione definita, ma allo stesso tempo non hanno completa libertà di movimento. C'è un'attrazione tra loro, abbastanza forte da tenerli vicini.

Le molecole hanno legami molto deboli tra loro e si allontanano molto l'una dall'altra. La densità di imballaggio è molto bassa, quindi la sostanza è allo stato gassoso

ha una bassa densità.

2. Tipi di densità e unità di misura

La densità si misura in kg/m³ nel sistema SI e in g/cm³ nel sistema GHS, il resto (g/ml, kg/l, 1 t/ M3) - derivati.

Per i corpi granulari e porosi esistono:

Densità reale, determinata senza tener conto dei vuoti

Densità apparente, calcolata come rapporto tra la massa di una sostanza e l'intero volume che occupa

3. Formula per trovare la densità

La densità si trova con la formula:

Pertanto, il valore numerico della densità di una sostanza mostra la massa di un'unità di volume di questa sostanza. Ad esempio, la densità ghisa 7kg/dm3. Ciò significa che 1 dm3 di ghisa ha una massa di 7 kg. La densità dell'acqua dolce è di 1 kg/l. Pertanto la massa di 1 litro d'acqua è pari a 1 kg.

Per calcolare la densità dei gas, è possibile utilizzare la formula:

dove M è la massa molare del gas, Vm è il volume molare (in condizioni normali è pari a 22,4 l/mol).

4. Dipendenza della densità dalla temperatura

Di norma, al diminuire della temperatura, la densità aumenta, sebbene esistano sostanze la cui densità si comporta diversamente, ad esempio acqua, bronzo e ghisa. Pertanto, la densità dell'acqua ha un valore massimo a 4 °C e diminuisce sia con l'aumento che con la diminuzione della temperatura.

Quando cambia lo stato di aggregazione, la densità di una sostanza cambia bruscamente: la densità aumenta durante il passaggio dallo stato gassoso a quello liquido e quando il liquido solidifica. È vero, l’acqua è un’eccezione a questa regola; la sua densità diminuisce man mano che si solidifica.

Per vari oggetti naturali, la densità varia in un intervallo molto ampio. Il mezzo intergalattico ha la densità più bassa (ρ ~ 10-33 kg/m³). La densità del mezzo interstellare è di circa 10-21 kg/M3. La densità media del Sole è circa 1,5 volte superiore alla densità dell'acqua, pari a 1000 kg/M3, e la densità media della Terra è 5520 kg/M3. L'osmio ha la densità più alta tra i metalli (22.500 kg/M3), e la densità delle stelle di neutroni è dell'ordine di 1017÷1018 kg/M3.

5. Densità di alcuni gas

- Densità di gas e vapori (0° C, 101325 Pa), kg/m³

Ossigeno 1.429

Ammoniaca 0,771

Kripton 3.743

Argon 1.784

Xeno 5.851

Idrogeno 0,090

Metano 0,717

Vapore acqueo (100° C) 0,598

Aria 1.293

Anidride carbonica 1.977

Elio 0,178

Etilene 1.260

- Densità di alcuni tipi di legno

Densità del legno, g/cm³

Balsa 0,15

Abete siberiano 0,39

Sequoia sempreverde 0,41

Ippocastano 0,56

Castagna commestibile 0,59

Cipresso 0,60

Ciliegio selvatico 0,61

Nocciola 0,63

Noce 0,64

Betulla 0,65

Olmo liscio 0,66

Larice 0,66

Acero campestre 0,67

Teak 0,67

Switenia (mogano) 0,70

Sicomoro 0,70

Zhoster (olivello spinoso) 0,71

Lilla 0,80

Biancospino 0,80

Noci pecan (cariah) 0,83

Legno di sandalo 0,90

Bosso 0,96

Cachi ebano 1.08

Quebracho 1.21

Gweyakum, o backout 1.28

- Densitàmetalli(a 20°C) t/M3

Alluminio 2.6889

Tungsteno 19.35

Grafite 1,9 - 2,3

Ferro 7.874

Oro 19.32

Potassio 0,862

Calcio 1,55

Cobalto 8,90

Litio 0,534

Magnesio 1.738

Rame 8.96

Sodio 0,971

Nichel 8.91

Lattina(bianco) 7.29

Platino 21.45

Plutonio 19.25

Guida 11.336

Argento 10,50

Titano 4.505

Cesio 1.873

Zirconio 6.45

- Densità delle leghe (a 20°C)) t/M3

Bronzo 7.5 - 9.1

Lega di Wood 9.7

Duralluminio 2,6 - 2,9

Costantana 8.88

Ottone 8.2 - 8.8

Nicromo 8.4

Platino-iridio 21.62

Acciaio 7.7 - 7.9

Acciaio inossidabile (media) 7,9 - 8,2

gradi 08Х18Н10Т, 10Х18Н10Т 7,9

gradi 10Х17Н13М2Т, 10Х17Н13М3Т 8

gradi 06ХН28МТ, 06ХН28МДТ 7,95

gradi 08Х22Н6Т, 12Х21Н5Т 7.6

Ghisa bianca 7,6 - 7,8

Ghisa grigia 7.0 - 7.2

Per capire come e in che modo si misura la densità è necessario innanzitutto definire la parola densità.La densità di una sostanza è una grandezza fisica determinata per una sostanza omogenea dalla massa della sua unità di volume. In altre parole, la densità è il rapporto tra la massa di una sostanza e il suo volume.

Esistono due metodi principali per determinare la densità di una sostanza: un metodo diretto e uno indiretto. Il metodo indiretto prevede il calcolo matematico della densità di una sostanza utilizzando la formula, ρ = m/V, Dove ρ — densità, M- massa di sostanza, V- volume della sostanza.
Sorge la domanda: in quali unità viene misurata la densità? Dipende da quale quantità di sostanza è stata presa come massa e per quale unità di volume. Ad esempio, se riempi un contenitore da 1 litro con acqua, pesa questo contenitore insieme all'acqua e sottrai la massa del contenitore dal risultato massa, ottieni la massa dell'acqua. Supponiamo che la massa d'acqua risultante sia di 1 kg. Dopodiché, conoscendo la massa e il volume dell'acqua, è possibile calcolare matematicamente (indirettamente) la densità dell'acqua dividendo la massa dell'acqua (1 kg) per il volume (1 litro). Valore ricevuto 1kg/l ed è la densità dell'acqua, dove kg/l- quello in cui si misura la densità.

Per misurare direttamente la densità di un liquido, strumenti di misura come idrometri o densimetri elettronici , come un'azienda che produce densimetri LEMIS Baltico. Questi strumenti di misura forniranno la densità del liquido misurato in g/cm3 e in kg/m3 - queste sono le unità in cui la densità viene misurata secondo lo standard SI.

Quelli. Non esiste una risposta chiara su come viene misurata la densità. Le quantità più comunemente utilizzate sono state indicate in precedenza. Ma se ne possono usare anche altri. Ad esempio, se un paese utilizza un sistema di misurazione non metrico, le unità per misurare la densità sono completamente diverse.

Tutto intorno a noi è costituito da diverse sostanze. Le navi e gli stabilimenti balneari sono costruiti in legno, i ferri da stiro e le brande sono in ferro, i pneumatici sulle ruote e le gomme sulle matite sono in gomma. E oggetti diversi hanno pesi diversi: ognuno di noi può facilmente trasportare un succoso melone maturo dal mercato, ma dovremo sudare per un peso della stessa dimensione.

Tutti ricordano la famosa battuta: “Quale è più pesante? Un chilogrammo di chiodi o un chilogrammo di lanugine? Non cadremo più in questo trucco infantile, sappiamo che il peso di entrambi sarà lo stesso, ma il volume sarà significativamente diverso. Allora perché sta succedendo questo? Perché corpi e sostanze diversi hanno pesi diversi a parità di dimensioni? O viceversa, stesso peso con misure diverse? Ovviamente, c'è qualche caratteristica per cui le sostanze sono così diverse l'una dall'altra. In fisica, questa caratteristica è chiamata densità della materia e viene insegnata in seconda media.

Densità di una sostanza: definizione e formula

La definizione della densità di una sostanza è la seguente: la densità mostra qual è la massa di una sostanza in un'unità di volume, ad esempio in un metro cubo. Quindi, la densità dell'acqua è di 1000 kg/m3 e quella del ghiaccio è di 900 kg/m3, motivo per cui il ghiaccio è più leggero e in inverno si trova sopra i serbatoi. Cioè, cosa ci mostra la densità della materia in questo caso? Una densità del ghiaccio di 900 kg/m3 significa che un cubetto di ghiaccio con i lati di 1 metro pesa 900 kg. E la formula per determinare la densità di una sostanza è la seguente: densità = massa/volume. Le quantità incluse in questa espressione sono designate come segue: massa - m, volume del corpo - V e densità è designata dalla lettera ρ (lettera greca "rho"). E la formula può essere scritta come segue:

Come trovare la densità di una sostanza

Come trovare o calcolare la densità di una sostanza? Per fare questo è necessario conoscere il volume corporeo e il peso corporeo. Cioè, misuriamo la sostanza, la pesiamo e poi sostituiamo semplicemente i dati ottenuti nella formula e troviamo il valore di cui abbiamo bisogno. E come viene misurata la densità di una sostanza è chiaro dalla formula. Si misura in chilogrammi per metro cubo. A volte usano anche un valore come grammi per centimetro cubo. Convertire un valore in un altro è molto semplice. 1 g = 0,001 kg e 1 cm3 = 0,000001 m3. Di conseguenza, 1 g/(cm)^3 =1000 kg/m^3. Va inoltre ricordato che la densità di una sostanza è diversa nei diversi stati di aggregazione. Cioè in forma solida, liquida o gassosa. La densità dei solidi è molto spesso superiore alla densità dei liquidi e molto superiore alla densità dei gas. Un'eccezione forse molto utile per noi è l'acqua, che, come abbiamo già considerato, allo stato solido pesa meno che allo stato liquido. È a causa di questa strana caratteristica dell'acqua che la vita è possibile sulla Terra. La vita sul nostro pianeta, come sappiamo, ha avuto origine dagli oceani. E se l'acqua si comportasse come tutte le altre sostanze, allora l'acqua nei mari e negli oceani si congelerebbe, il ghiaccio, essendo più pesante dell'acqua, affonderebbe sul fondo e giacerebbe lì senza sciogliersi. E solo all’equatore, in una piccola colonna d’acqua, esisterebbe la vita sotto forma di diverse specie di batteri. Quindi possiamo dire grazie all'acqua per la nostra esistenza.