Loading [MathJax]/jax/output/HTML-CSS/jax.js
Skip to main content
LibreTexts - Ukrayinska

3.11: Щільність

Колоди, що плавають у річці
Малюнок3.11.1 (Кредит: Тоні Хісгетт (Flickr:AhisGett); Джерело: http://www.flickr.com/photos/hisgett/220279395/(opens в новому вікні); Ліцензія: CC by 2.0 (відкривається в новому вікні))

Як колоди тримаються на плаву у воді?

Після вирубки дерев лісозаготівельні компанії часто переміщують сировину вниз по річці на лісопилку, де її можна сформувати в будівельні матеріали або інші вироби. Колоди плавають на воді, оскільки вони менш щільні, ніж вода, в якій вони знаходяться. Знання щільності важливо при характеристиці і поділі матеріалів. Інформація про щільність дозволяє робити прогнози про поведінку матерії.

Щільність

М'яч для гольфу і м'яч для настільного тенісу мають приблизно однаковий розмір. Однак м'яч для гольфу набагато важче, ніж м'яч для настільного тенісу. Тепер уявіть собі кульку аналогічного розміру, зроблену зі свинцю. Це було б дуже важко дійсно! Що ми порівнюємо? Порівнюючи масу об'єкта щодо його розміру, ми вивчаємо властивість, яка називається щільністю. Щільність - це відношення маси предмета до його обсягу.

Density=massvolume

Щільність - це інтенсивне властивість, що означає, що вона не залежить від кількості матеріалу, присутнього в зразку. Вода має щільність1.0g/mL. Ця щільність однакова, чи є у вас невеликий стакан води або басейн, повний води. Щільність - властивість, яка є постійною для конкретної ідентичності досліджуваного питання.

Одиниця щільності СІ - кілограми на кубічний метр(kg/m3), оскількиkg іm є одиницями СІ для маси та довжини відповідно. У повсякденному використанні в лабораторії цей пристрій незграбно великий. Більшість твердих речовин і рідин мають щільності, які зручно виражаються в грамах на кубічний сантиметр(g/cm3). Оскільки кубічний сантиметр дорівнює мілілітру, одиниці щільності також можуть бути виражені якg/mL. Гази набагато менш щільні, ніж тверді речовини і рідини, тому їх щільність часто повідомляється вg/L. Щільності деяких поширених речовин при20oC наведені в таблиці нижче.

Таблиця3.11.1: Щільності деяких поширених речовин
Рідини та тверді речовини Щільність при20oC(g/mL) Гази Щільність при20oC(g/L)
Етанол \ (20^\ text {o}\ text {C}\:\ left (\ text {г/мл}\ праворуч)\)» style="вертикальне вирівнювання: середина; "> 0.79 Водень \ (20^\ text {o}\ text {C}\:\ left (\ text {г/л}\ праворуч)\)» style="вертикально-вирівнювання:середина; "> 0.084
Лід(0oC) \ (20^\ text {o}\ text {C}\:\ left (\ text {г/мл}\ праворуч)\)» style="вертикальне вирівнювання: середина; "> 0.917 Гелій \ (20^\ text {o}\ text {C}\:\ left (\ text {г/л}\ праворуч)\)» style="вертикальне вирівнювання: середина; "> 0.166
Кукурудзяна олія \ (20^\ text {o}\ text {C}\:\ left (\ text {г/мл}\ праворуч)\)» style="вертикальне вирівнювання: середина; "> 0.922 Повітря \ (20^\ text {o}\ text {C}\:\ left (\ text {г/л}\ праворуч)\)» style="вертикальне вирівнювання: середина; ">1.20
Вода \ (20^\ text {o}\ text {C}\:\ left (\ text {г/мл}\ праворуч)\)» style="вертикальне вирівнювання: середина; "> 0.998 Кисень \ (20^\ text {o}\ text {C}\:\ left (\ text {г/л}\ праворуч)\)» style="вертикальне вирівнювання: середина; ">1.33
Вода(4oC) \ (20^\ text {o}\ text {C}\:\ left (\ text {г/мл}\ праворуч)\)» style="вертикальне вирівнювання: середина; ">1.000 Вуглекислий газ \ (20^\ text {o}\ text {C}\:\ left (\ text {г/л}\ праворуч)\)» style="вертикальне вирівнювання: середина; ">1.83
кукурудзяний сироп \ (20^\ text {o}\ text {C}\:\ left (\ text {г/мл}\ праворуч)\)» style="вертикальне вирівнювання: середина; ">1.36 Радон \ (20^\ text {o}\ text {C}\:\ left (\ text {г/л}\ праворуч)\)» style="вертикальне вирівнювання: середина; ">9.23
Алюміній \ (20^\ text {o}\ text {C}\:\ left (\ text {г/мл}\ праворуч)\)» style="вертикальне вирівнювання: середина; ">2.70   \ (20^\ text {o}\ text {C}\:\ left (\ text {г/л}\ праворуч)\)» style="вертикально-вирівнювання:middle; ">
Мідь \ (20^\ text {o}\ text {C}\:\ left (\ text {г/мл}\ праворуч)\)» style="вертикальне вирівнювання: середина; ">8.92   \ (20^\ text {o}\ text {C}\:\ left (\ text {г/л}\ праворуч)\)» style="вертикально-вирівнювання:middle; ">
Свинець \ (20^\ text {o}\ text {C}\:\ left (\ text {г/мл}\ праворуч)\)» style="вертикальне вирівнювання: середина; ">11.35   \ (20^\ text {o}\ text {C}\:\ left (\ text {г/л}\ праворуч)\)» style="вертикально-вирівнювання:middle; ">
Меркурій \ (20^\ text {o}\ text {C}\:\ left (\ text {г/мл}\ праворуч)\)» style="вертикальне вирівнювання: середина; ">13.6   \ (20^\ text {o}\ text {C}\:\ left (\ text {г/л}\ праворуч)\)» style="вертикально-вирівнювання:middle; ">
Золотий \ (20^\ text {o}\ text {C}\:\ left (\ text {г/мл}\ праворуч)\)» style="вертикальне вирівнювання: середина; ">19.3   \ (20^\ text {o}\ text {C}\:\ left (\ text {г/л}\ праворуч)\)» style="вертикально-вирівнювання:middle; ">

Оскільки більшість матеріалів розширюються зі збільшенням температури, щільність речовини залежить від температури і зазвичай зменшується з підвищенням температури.

Лід плаває у воді, і зі столу видно, що лід менш щільний. Кукурудзяний сироп, будучи більш щільним, буде тонути, якщо його помістити у воду.

Приклад3.11.1

18.2gЗразок металу цинку має обсяг2.55cm3. Обчисліть щільність цинку.

Рішення
Крок 1: Перерахуйте відомі величини та плануйте проблему.
Відомий
  • Маса=18.2g
  • Обсяг=2.55cm3
Невідомий

Використовуйте рівняння щільностіD=mV, для вирішення задачі.

Крок 2: Розрахуйте.

D=mV=18.2g2.55cm3=7.14g/cm3

Крок 3: Подумайте про свій результат.

Якщо1cm3 цинку має масу близько 7 грам, то в 2 з половиноюcm3 буде маса приблизно в 2 з половиною рази більше. Очікується, що метали матимуть щільність більше, ніж у води, а щільність цинку потрапляє в діапазон інших металів, перерахованих вище.

Оскільки значення щільності відомі багатьом речовинам, щільність може використовуватися для визначення невідомої маси або невідомого обсягу. Аналіз розмірів буде використовуватися для забезпечення відповідного скасування одиниць.

Приклад3.11.2
  1. Яка маса2.49cm3 алюмінію?
  2. Який обсяг50.0g алюмінію?
Рішення
Крок 1: Перерахуйте відомі величини та плануйте проблему.
Відомий
  • Щільність=2.70g/cm3
  • 1. Обсяг=2.49cm3
  • 2. Маса=50.0g
Невідомий
  • 1. Маса=?g
  • 2. Обсяг=?cm3

Використовуйте рівняння дляD=mV щільності та аналізу розмірів для вирішення кожної задачі.

Крок 2: Розрахуйте.

1.2.49cm3×2.70g1cm3=6.72g

2.50.0g×1cm32.70g=18.5cm3

У задачі 1 маса дорівнює щільності, помноженої на обсяг. У задачі 2 обсяг дорівнює масі, поділеної на щільність.

Крок 3: Подумайте про свої результати.

Оскільки маса1cm3 алюмінію є2.70g, маса приблизно2.5cm3 повинна бути приблизно в 2,5 рази більше. У50g алюмінію істотно більше, ніж його щільність, так що кількість повинна займати відносно великий обсяг.

Резюме

  • Щільність - це відношення маси предмета до його обсягу.
  • Гази менш щільні, ніж тверді речовини або рідини.
  • Як рідкі, так і тверді матеріали можуть мати різну щільність.
  • Для рідин і газів температура певною мірою вплине на щільність.

Рецензія

  1. Визначте «щільність».
  2. Чи є гази більш-менш щільними, ніж рідини або тверді речовини при кімнатній температурі?
  3. Як температура впливає на щільність матеріалу?
  4. Певна рідка проба має обсяг 14,7 мл і масу 22,8 грама. Обчисліть щільність.
  5. Матеріал щільністю 2,7 г/мл займає 35,6 мл. Скільки грам матеріалу там?
  6. Певний матеріал має щільність 19,3 г/мл. З чого складається матеріал?