Tankis- charakterizuojantis fizikinis kiekis fizines savybes medžiagos, kuri yra lygi kūno masės ir jo užimamo tūrio santykiui.

Tankis (homogeninio kūno tankis arba vidutinis tankis nevienalytis) gali būti apskaičiuojamas naudojant formulę:

[ρ] = kg/m³; [m] = kg; [V] = m³.

Kur m- kūno masė, V- jo tūris; formulė yra tiesiog matematinis termino „tankis“ apibrėžimas.

Visos medžiagos susideda iš molekulių, todėl bet kurio kūno masė susideda iš jo molekulių masės. Tai panašu į tai, kad saldainių maišelio masė yra visų maišelyje esančių saldainių masių suma. Jei visi saldainiai vienodi, tai saldainių maišelio masę būtų galima nustatyti vieno saldainio masę padauginus iš maišelyje esančių saldainių skaičiaus.

Grynos medžiagos molekulės yra identiškos. Todėl vandens lašo masė lygi vienos vandens molekulės masės ir molekulių skaičiaus laše sandaugai.

Medžiagos tankis parodo, kokia yra 1 m³ šios medžiagos masė.

Vandens tankis yra 1000 kg/m³, tai reiškia, kad 1 m³ vandens masė yra 1000 kg. Šį skaičių galima gauti padauginus vienos vandens molekulės masę iš molekulių, esančių 1 m³ jos tūrio, skaičiaus.
Ledo tankis yra 900 kg/m³, tai reiškia, kad 1 m³ ledo masė yra 900 kg.
Kartais naudojamas tankio vienetas g/cm³, todėl taip pat galime pasakyti 1 cm³ ledo masė yra 0,9 g.

Kiekviena medžiaga užima tam tikrą tūrį. Ir gali taip pasirodyti abiejų kūnų tūriai lygūs, o jų masė skiriasi. Šiuo atveju jie sako, kad šių medžiagų tankis yra skirtingas.

Taip pat kai dviejų kūnų masės yra lygios jų apimtys bus skirtingos. Pavyzdžiui, ledo tūris yra beveik 9 kartus didesnis nei geležinio strypo tūris.

Medžiagos tankis priklauso nuo jos temperatūros.

Kylant temperatūrai, tankis paprastai mažėja. Taip yra dėl šiluminio plėtimosi, kai tūris didėja, o masė išlieka nepakitusi.

Kai temperatūra mažėja, tankis didėja. Nors yra medžiagų, kurių tankis tam tikrame temperatūros diapazone elgiasi skirtingai. Pavyzdžiui, vanduo, bronza, ketus. Taigi vandens tankis turi didžiausią vertę esant 4 °C ir mažėja tiek kylant, tiek mažėjant temperatūrai, palyginti su šia verte.

Pasikeitus agregacijos būsenai, medžiagos tankis kinta staigiai: tankis didėja pereinant iš dujinės būsenos į skystį ir skysčiui kietėjant. Vanduo, silicis, bismutas ir kai kurios kitos medžiagos yra šios taisyklės išimtys, nes kietėjant jų tankis mažėja.

Problemų sprendimas

Užduotis Nr.1.
Stačiakampė 5 cm ilgio, 3 cm pločio ir 5 mm storio metalinė plokštė sveria 85 g Iš kokios medžiagos ji gali būti pagaminta?

Fizinės problemos analizė. Norint atsakyti į pateiktą klausimą, būtina nustatyti medžiagos, iš kurios pagaminta plokštė, tankį. Tada, naudodamiesi tankio lentele, nustatykite, kurią medžiagą atitinka nustatyta tankio reikšmė. Šią problemą galima išspręsti šiais vienetais (t. y. nekonvertuojant į SI).

2 užduotis.
Vario rutulys, kurio tūris yra 200 cm 3, sveria 1,6 kg. Nustatykite, ar šis rutulys yra vientisas, ar tuščias. Jei rutulys tuščias, nustatykite ertmės tūrį.

Fizinės problemos analizė. Jei vario tūris mažesnis už rutulio V vario tūrį

Užduotis Nr.3.
Kanistras, kuriame telpa 20 kg vandens, pripildoma benzino. Nustatykite benzino masę kanisteryje.

Fizinės problemos analizė. Norėdami nustatyti benzino masę kanisteryje, turime rasti benzino tankį ir kanistro talpą, kuri yra lygi vandens tūriui. Vandens tūris nustatomas pagal jo masę ir tankį. Lentelėje randame vandens ir benzino tankį. Geriau išspręsti problemą SI vienetais.

4 užduotis.
Lydinys buvo pagamintas iš 800 cm 3 alavo ir 100 cm 3 švino. Koks jo tankis? Koks yra alavo ir švino masės santykis lydinyje?

Mus supantys kūnai susideda iš įvairių medžiagų: geležies, medžio, gumos ir kt. Bet kurio kūno masė priklauso ne tik nuo jo dydžio, bet ir nuo medžiagos, iš kurios jis susideda. To paties tūrio kūnai, susidedantys iš skirtingų medžiagų, turi skirtingą masę. Pavyzdžiui, pasvėrę du cilindrus, pagamintus iš skirtingų medžiagų – aliuminio ir švino, pamatysime, kad aliuminio cilindro masė yra mažesnė už švino cilindro masę.

Tuo pačiu metu tos pačios masės kūnai, susidedantys iš skirtingų medžiagų, turi skirtingą tūrį. Taigi 1 toną sveriantis geležinis strypas užima 0,13 m 3 tūrį, o 1 toną sveriantis ledas – 1,1 m 3. Ledo tūris yra beveik 9 kartus didesnis nei geležinio strypo tūris. Tai yra, skirtingos medžiagos gali turėti skirtingą tankį.

Iš to išplaukia, kad vienodo tūrio kūnai, susidedantys iš skirtingų medžiagų, turi skirtingą masę.

Tankis parodo tam tikro tūrio paimtos medžiagos masę. Tai yra, jei žinoma kūno masė ir tūris, galima nustatyti tankį. Norėdami sužinoti medžiagos tankį, turite padalinti kūno masę iš jo tūrio.

Tos pačios medžiagos tankis kietoje, skystoje ir dujinėje būsenoje yra skirtingas.

Kai kurių kietųjų medžiagų, skysčių ir dujų tankiai pateikti lentelėse.

Kai kurių kietųjų medžiagų tankiai (esant normaliam atmosferos slėgiui, t = 20 °C).

Tvirtas

ρ , kg/m 3

ρ , g/cm3

Tvirtas

ρ , kg/m 3

ρ , g/cm3

Lango stiklas

Pušis (sausa)

Plexiglas

Rafinuotas cukrus

Polietilenas

Ąžuolas (sausas)

Kai kurių skysčių tankiai (esant normaliam atmosferos slėgiui t = 20 °C).

Skystis

ρ , kg/m 3

ρ , g/cm3

Skystis

ρ , kg/m 3

ρ , g/cm3

Vanduo švarus

nenugriebtas pienas

Saulėgrąžų aliejus

Skystas alavas (at t= 400°C)

Mašinų alyva

Skystas oras (at t= -194°C)

KRISTOLŲ FIZIKA

FIZIKINĖS KRISTALŲ SAVYBĖS

Tankis

Tankis yra fizinis dydis, nustatomas vienalyčiai medžiagai pagal jos tūrio vieneto masę. Nehomogeninei medžiagai tankis tam tikrame taške apskaičiuojamas kaip kūno masės (m) ir tūrio (V) santykio riba, kai tūris susitraukia iki šio taško. Vidutinis nevienalytės medžiagos tankis yra santykis m/V.

Medžiagos tankis priklauso nuo jos masės atomai, iš kurio jis susideda, ir atomų bei molekulių tankio medžiagoje. Kuo didesnė atomų masė, tuo didesnis jų tankis.

Bet jei nagrinėsime tą pačią medžiagą skirtingose ​​agregacijos būsenose, pamatysime, kad jos tankis skirsis!

Kieta medžiaga yra medžiagos agregacijos būsena, kuriai būdingas formos stabilumas ir atomų šiluminio judėjimo pobūdis, atliekantys nedideles vibracijas aplink pusiausvyros padėtį. Kristalams būdingas erdvinis atomų pusiausvyros padėčių išdėstymo periodiškumas. Amorfiniuose kūnuose atomai vibruoja aplink atsitiktinai išdėstytus taškus. Remiantis klasikinėmis koncepcijomis, kietosios medžiagos stabili būsena (su minimalia potencialia energija) yra kristalinė. Amorfinis kūnas yra metastabilios būsenos ir laikui bėgant turėtų virsti kristaline, tačiau kristalizacijos laikas dažnai būna toks ilgas, kad metastabilumas visai nepasireiškia.

Atomai yra tvirtai sujungti vienas su kitu ir labai sandariai supakuoti. Todėl kietos būsenos medžiaga turi didžiausią tankį.

Skysta būsena yra viena iš agreguotų medžiagos būsenų. Pagrindinė skysčio savybė, išskirianti jį iš kitų agregacijos būsenų, yra galimybė neribotą laiką keisti savo formą veikiant mechaniniams įtempiams, net ir savavališkai mažiems, praktiškai išlaikant tūrį.

Skysta būsena paprastai laikoma tarpine tarp kietos ir dujų: dujos neišlaiko nei tūrio, nei formos, o kieta medžiaga išlaiko abu.

Skystų kūnų formą visiškai arba iš dalies galima nustatyti pagal tai, kad jų paviršius elgiasi kaip elastinga membrana. Taigi vanduo gali kauptis lašeliais. Bet skystis gali tekėti net po nejudančiu paviršiumi, o tai taip pat reiškia, kad forma (skysčio kūno vidinės dalys) neišsaugoma.

Atomų ir molekulių pakavimo tankis vis dar yra didelis, todėl skystos būsenos medžiagos tankis labai nesiskiria nuo kietos būsenos.

Dujos yra medžiagos agregacijos būsena, kuriai būdingi labai silpni ryšiai tarp ją sudarančių dalelių (molekulių, atomų ar jonų), taip pat didelis jų mobilumas. Dujų dalelės beveik laisvai ir chaotiškai juda intervalais tarp susidūrimų, kurių metu staigiai pasikeičia jų judėjimo pobūdis.

Medžiagos dujinė būsena sąlygomis, kai yra įmanoma tos pačios medžiagos stabili skystoji arba kietoji fazė, paprastai vadinama garais.

Kaip ir skysčiai, dujos turi sklandumą ir atsparios deformacijai. Skirtingai nuo skysčių, dujos neturi fiksuoto tūrio ir nesudaro laisvo paviršiaus, bet linkusios užpildyti visą turimą tūrį (pavyzdžiui, indą).

Dujinė būsena yra labiausiai paplitusi materijos būsena Visatoje (tarpžvaigždinė medžiaga, ūkai, žvaigždės, planetų atmosferos ir kt.). Dujų ir jų mišinių cheminės savybės yra labai įvairios – nuo ​​mažai aktyvių inertinių dujų iki sprogių dujų mišinių. Dujos kartais apima ne tik atomų ir molekulių sistemas, bet ir kitų dalelių sistemas – fotonus, elektronus, Brauno daleles, taip pat plazmą.

Skysčių molekulės neturi apibrėžtos padėties, bet tuo pačiu ir neturi visiškos judėjimo laisvės. Tarp jų yra trauka, pakankamai stipri, kad išlaikytų juos šalia.

Molekulės turi labai silpnus ryšius viena su kita ir nutolsta viena nuo kitos. Pakavimo tankis yra labai mažas, todėl medžiaga yra dujinės būsenos

turi mažą tankį.

2. Tankio tipai ir matavimo vienetai

Tankis matuojamas kg/m³ SI sistemoje ir g/cm³ GHS sistemoje, likusi dalis (g/ml, kg/l, 1 t/ M3) – dariniai.

Granuliuotiems ir porėtiems kūnams yra:

Tikrasis tankis, nustatytas neatsižvelgiant į tuštumus

Tariamasis tankis, apskaičiuojamas kaip medžiagos masės ir viso jos užimamo tūrio santykis

3. Tankio nustatymo formulė

Tankis nustatomas pagal formulę:

Todėl skaitinė medžiagos tankio reikšmė parodo šios medžiagos tūrio vieneto masę. Pavyzdžiui, tankis ketaus 7 kg/dm3. Tai reiškia, kad 1 dm3 ketaus masė yra 7 kg. Gėlo vandens tankis yra 1 kg/l. Todėl 1 litro vandens masė yra lygi 1 kg.

Norėdami apskaičiuoti dujų tankį, galite naudoti formulę:

čia M – dujų molinė masė, Vm – molinis tūris (normaliomis sąlygomis jis lygus 22,4 l/mol).

4. Tankio priklausomybė nuo temperatūros

Paprastai, mažėjant temperatūrai, tankis didėja, nors yra medžiagų, kurių tankis elgiasi skirtingai, pavyzdžiui, vanduo, bronza ir ketus. Taigi vandens tankis turi didžiausią vertę esant 4 °C ir mažėja tiek kylant, tiek mažėjant temperatūrai.

Pasikeitus agregacijos būsenai, medžiagos tankis kinta staigiai: tankis didėja pereinant iš dujinės būsenos į skystį ir skysčiui kietėjant. Tiesa, vanduo yra šios taisyklės išimtis, jo tankis mažėja kietėjant.

Įvairių gamtos objektų tankis kinta labai plačiame diapazone. Tarpgalaktinė terpė turi mažiausią tankį (ρ ~ 10-33 kg/m³). Tarpžvaigždinės terpės tankis yra apie 10-21 kg/M3. Vidutinis Saulės tankis yra maždaug 1,5 karto didesnis už vandens tankį, lygus 1000 kg/M3, o vidutinis Žemės tankis yra 5520 kg/M3. Osmio tankis yra didžiausias iš metalų (22 500 kg/M3), o neutroninių žvaigždžių tankis yra 1017÷1018 kg/M3.

5. Kai kurių dujų tankiai

- Dujų ir garų tankis (0° C, 101325 Pa), kg/m³

Deguonis 1,429

Amoniakas 0,771

Kriptonas 3 743

Argonas 1,784

Ksenonas 5.851

Vandenilis 0,090

Metanas 0,717

Vandens garai (100° C) 0,598

Oras 1.293

Anglies dioksidas 1,977

helis 0,178

Etilenas 1,260

- Kai kurių medienos rūšių tankis

Medienos tankis, g/cm³

Balsas 0,15

Sibiro eglė 0,39

Sequoia evergreen 0,41

Arklio kaštonas 0,56

Valgomasis kaštonas 0,59

Kiparisas 0,60

Paukščių vyšnia 0,61

Lazdynas 0,63

Riešutas 0,64

Beržas 0,65

Lygioji guoba 0,66

Maumedis 0,66

Laukinis klevas 0,67

Tiko 0,67

Šveica (raudonmedis) 0,70

Sycamore 0,70

Zhoster (šaltalankis) 0,71

Alyva 0,80

Gudobelė 0,80

Pekano (karijos) 0,83

Sandalmedis 0,90

Buksmedis 0,96

Juodmedžio persimonai 1.08

Quebracho 1.21

Gweyakum arba atsarginis 1.28

- Tankismetalai(esant 20°C) t/M3

Aliuminis 2.6889

Volframas 19.35

Grafitas 1,9 - 2,3

Geležis 7.874

Auksas 19.32

Kalis 0,862

Kalcis 1,55

Kobaltas 8,90

Litis 0,534

Magnis 1,738

Varis 8.96

Natrio 0,971

Nikelis 8,91

Skardos(balta) 7.29

Platina 21.45

Plutonis 19.25

Vadovauti 11.336

Sidabras 10,50

Titanas 4.505

Cezis 1.873

Cirkonis 6.45

- Lydinių tankis (esant 20°C)) t/M3

Bronza 7,5 - 9,1

Medienos lydinys 9.7

Duraliuminis 2,6 - 2,9

Konstantanas 8,88

Žalvaris 8,2 - 8,8

Nichromas 8.4

Platina-iridis 21,62

Plienas 7,7 - 7,9

Nerūdijantis plienas (vidutiniškai) 7,9 - 8,2

08Х18Н10Т, 10Х18Н10Т 7,9 klasės

10Х17Н13М2Т, 10Х17Н13М3Т 8 klasės

klasės 06ХН28МТ, 06ХН28МДТ 7,95

08Х22Н6Т, 12Х21Н5Т 7,6 klasės

Baltas ketus 7,6 - 7,8

Pilkas ketus 7,0 - 7,2

Norint suprasti, kaip ir kokiu būdu matuojamas tankis, pirmiausia reikia apibrėžti žodį tankis. Kitaip tariant, tankis yra medžiagos masės ir tūrio santykis.

Yra du pagrindiniai medžiagos tankio nustatymo metodai – tiesioginis ir netiesioginis. Netiesioginis metodas apima matematinį medžiagos tankio apskaičiavimą naudojant formulę, ρ = m/V, Kur ρ - tankis, m- medžiagos masė, V- medžiagos tūris.
Kyla klausimas, kokiais vienetais matuojamas tankis? Tai priklauso nuo to, koks medžiagos kiekis buvo paimtas kaip masė ir kokiam tūrio vienetui. Pavyzdžiui, jei užpildote 1 litro talpos indą, pasverkite šį indą kartu su vandeniu ir iš gautos talpos atimkite indo masę. masės, gausite vandens masę. Tarkime, kad gauta vandens masė yra 1 kg. Po to, žinodami vandens masę ir tūrį, galite matematiškai (netiesiogiai) apskaičiuoti vandens tankį, padalydami vandens masę (1 kg) iš tūrio (1 litras). Gauta vertė 1 kg/l ir yra vandens tankis, kur kg/l- tai, kurioje matuojamas tankis.

Norint tiesiogiai matuoti skysčio tankį, matavimo prietaisai, tokie kaip hidrometrai arba elektroniniai tankio matuokliai , kaip tankio matuoklius gaminanti įmonė LEMIS Baltic.Šie matavimo prietaisai parodys išmatuojamo skysčio tankį g/cm3 ir kg/m3 – tai yra vienetai, kuriais tankis matuojamas pagal SI standartą.

Tie. Nėra aiškaus atsakymo, kaip matuojamas tankis. Anksčiau buvo nurodyti dažniausiai naudojami kiekiai. Tačiau galima naudoti ir kitus. Pavyzdžiui, jei šalyje naudojama nemetrinė matavimo sistema, tai tankio matavimo vienetai yra visiškai skirtingi.

Viskas aplink mus susideda iš skirtingų medžiagų. Iš medžio statomi laivai ir pirtys, iš geležies – lygintuvai ir lovytės, iš gumos – padangos ant ratų ir trintukai ant pieštukų. Ir skirtingi objektai turi skirtingą svorį – bet kuris iš mūsų gali nesunkiai parsinešti sultingą prinokusį melioną iš turgaus, bet teks paprakaituoti dėl tokio pat dydžio svorio.

Visi prisimena garsųjį pokštą: „Kas sunkesnis? Kilogramas nagų ar kilogramas pūkų? Nebepulsime į šią vaikišką gudrybę, žinome, kad abiejų svoris bus toks pat, bet tūris gerokai skirsis. Taigi kodėl tai vyksta? Kodėl skirtingi kūnai ir medžiagos turi skirtingą svorį ir vienodo dydžio? Ar atvirkščiai, tas pats svoris su skirtingais dydžiais? Akivaizdu, kad yra tam tikrų savybių, dėl kurių medžiagos taip skiriasi viena nuo kitos. Fizikoje ši charakteristika vadinama materijos tankiu ir mokoma septintoje klasėje.

Medžiagos tankis: apibrėžimas ir formulė

Medžiagos tankio apibrėžimas yra toks: tankis parodo, kokia medžiagos masė yra tūrio vienete, pavyzdžiui, viename kubiniame metre. Taigi, vandens tankis yra 1000 kg/m3, o ledo – 900 kg/m3, todėl ledas yra lengvesnis ir žiemą būna ant rezervuarų. Tai yra, ką šiuo atveju mums parodo materijos tankis? 900 kg/m3 ledo tankis reiškia, kad ledo kubas, kurio kraštinės yra 1 metras, sveria 900 kg. O medžiagos tankio nustatymo formulė yra tokia: tankis = masė/tūris. Į šią išraišką įtraukti dydžiai žymimi taip: masė - m, kūno tūris - V, o tankis žymimas raide ρ (graikiška raidė "rho"). O formulę galima parašyti taip:

Kaip rasti medžiagos tankį

Kaip rasti arba apskaičiuoti medžiagos tankį? Norėdami tai padaryti, turite žinoti kūno tūrį ir svorį. Tai yra, mes išmatuojame medžiagą, pasveriame ją, o tada gautus duomenis tiesiog pakeičiame į formulę ir randame mums reikalingą vertę. O kaip matuojamas medžiagos tankis, aišku iš formulės. Jis matuojamas kilogramais kubiniame metre. Kartais jie taip pat naudoja tokią vertę kaip gramai kubiniame centimetre. Vieną reikšmę konvertuoti į kitą yra labai paprasta. 1 g = 0,001 kg, o 1 cm3 = 0,000001 m3. Atitinkamai, 1 g/(cm)^3 =1000kg/m^3. Taip pat reikia atsiminti, kad medžiagos tankis skirtingose ​​agregacijos būsenose yra skirtingas. Tai yra kietos, skystos arba dujinės formos. Kietųjų medžiagų tankis dažniausiai yra didesnis nei skysčių tankis ir daug didesnis nei dujų tankis. Galbūt mums labai naudinga išimtis yra vanduo, kuris, kaip jau svarstėme, kietas sveria mažiau nei skystas. Būtent dėl ​​šios keistos vandens savybės Žemėje įmanoma gyvybė. Gyvybė mūsų planetoje, kaip žinome, kilo iš vandenynų. O jei vanduo elgtųsi kaip visos kitos medžiagos, tai vanduo jūrose ir vandenynuose užšaltų, ledas, būdamas sunkesnis už vandenį, nugrimztų į dugną ir gulėtų netirpdamas. Ir tik ties pusiauju, mažame vandens stulpelyje, gyvybė egzistuotų kelių rūšių bakterijų pavidalu. Taigi galime padėkoti vandeniui už mūsų egzistavimą.