1.7: Вимірювання щільності та питомої ваги

Last updated
Save as PDF

Page ID: 25447

\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

Щільність

Щільність - це співвідношення маси до обсягу речовини.

Щільність - це фізична характеристика матерії. Кожна речовина має характерну щільність, яку можна використовувати як один натяк при ідентифікації речовини.

Гази мають дуже низьку щільність, зазвичай виражається в г/л Наприклад, щільність повітря становить близько 1,224 г/л на рівні моря і 15 ^о С. Щільність рідин і твердих речовин зазвичай виражається в г/мл. Наприклад, щільність води при 4 ^о С становить 1,00 г/мл.

Предмети, які менш щільні, ніж вода, плавають, а більш щільні предмети, ніж вода, тонуть у воді. Наприклад, масло менш щільне, ніж вода і плаває по воді. Метали щільніше води і тонуть у воді. Щільність деяких поширених речовин вказана в таблиці 1

Таблиця 1: Щільності деяких поширених речовин
Речовина	Щільність (г/мл)
водню	0,000089
вуглекислий газ	0,0019
етиловий спирт	0.7893
вода	1.00
магній	1.74
кухонна сіль	2.16
алюміній	2.70
залізо	7.86
мідь	8.92
срібло	10.50
свинець	11.34
ртуті	13,59
золото	19.30

Вимірювання щільності

Щільність (d) розраховується з маси (м) і обсягу (V) речовини за формулою:

\[d = \frac{m}{V}\nonumber\]

Маса зазвичай вимірюється за допомогою аналітичних ваг. Обсяг рідин можна виміряти за допомогою градуйованого циліндра, піпета або пляшки щільності. Обсяг правильних твердих тіл можна обчислити за геометричними параметрами. Наприклад, об'єм прямокутника дорівнює довжині x ширині x висоті. Обсяг куба дорівнює довжині краю куба.

Обсяг проданої неправильної форми зазвичай вимірюється тому, що речовини, які щільніше води, тонуть і витісняють рівну кількість води. Рис. 1.7.1 ілюструє вимірювання щільності твердого предмета неправильної форми, який занурюється у воді, як пояснюється в наступному прикладі.

Метод водозміщення для вимірювання об'єму нерегулярного об'єкта — Малюнок\(\PageIndex{1}\): Вимірювання маси, об'єму та щільності нерегулярного твердого об'єкта. Джерело: змінені зображення з https://www.hiclipart.com

Приклад\(\PageIndex{1}\)

Яка щільність предмета на рис. 1.7.1?

Рішення

маса (м) об'єкта на балансі становить 1000,00 м Обсяг об'єкта дорівнює об'єму води, зміщеної об'єктом, що становить 225,0 мл — 100,0 мл = 125,0 мл.

\ begin {рівняння}
d=\ frac {m} {V} =\ frac {1000.00\ математика {~g}} {125.0\ mathrm {~mL}} =8.000\ frac {\ mathrm {g}} {\ mathrm {мл}}\ nonumber
\ кінець {рівняння}

Обережно

Більшу частину часу калькулятори дають більш значні цифри, а іноді і менше, ніж потрібно; обидва потребують корекції. У прикладі 1.7.1 калькулятор відображає 8, тобто одну значну цифру, але три нулі додаються, щоб скласти чотири значущі цифри.

Щільність кісток і остеопороз

Остеопороз - це захворювання кісток, пов'язане зі зниженням щільності кісткової тканини, особливо у літніх людей. Кістки завжди втрачають і отримують кальцій, магній та фосфат. У дитячому віці кістки будуються швидше, ніж розпаду, але в старості процес змінюється, і кістки починають тоншати, втрачати міцність і стають більш схильними до переломів, як показано на рис. 1.7.2. Гормональні зміни, захворювання, деякі ліки сприяють витонченню кісток. Сильна втрата щільності кісткової тканини називається остеопорозом.

Витончення кісток з віком — Малюнок\(\PageIndex{2}\): Ілюстрація остеопорозу в результаті зниження щільності кісткової тканини. Джерело: Брюс Блаус/CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0)

Питома вага

Питома вага - це відношення щільності об'єкта до щільності води, тобто:

\ begin {рівняння}
\ text {Питома вага} =\ frac {\ text {Щільність об'єкта}} {\ text {Щільність води}}\ nonumber
\ end {рівняння}

Питома вага - це відношення щільності об'єкта до щільності води, тобто:

\ begin {рівняння}
\ text {Питома вага} =\ frac {\ text {Щільність об'єкта}} {\ text {Щільність води}}\ nonumber
\ end {рівняння}

Одиниці скасовуються в співвідношенні. Тому питома вага - це безодиничне число. Щільність води становить 1,0 г/мл при кімнатній температурі, тому питома вага дорівнює щільності предмета, вираженої без одиниці.

Коли речовини розчиняються у воді, щільність розчину зазвичай відрізняється від чистої води. Наприклад, щільність цільної крові для людини становить ~1,060 г/мл. Щільність сечі коливається в діапазоні від 1,0050 г/мл до 1,030 г/мл. І кров, і сеча мають розчинені речовини у воді, які збільшують щільність чистої води. Як висока, так і низька щільність або питома вага, ніж нормальний діапазон сечі, вказує на медичні проблеми. Збільшення питомої ваги сечі свідчить про те, що це пов'язано зі збільшенням розчинених речовин, викликаним зневодненням, діареєю або інфекцією. Аналогічно, зниження концентрації розчинених речовин зменшує питому вагу сечі, що вказує на медичні проблеми, такі як ниркова недостатність.

Вимірювання питомої ваги

Питома вага зазвичай вимірюється за допомогою приладу, званого ареометром. Ареометр частково занурюється в пробу рідини, і фіксують показання на шкалі в місці стику повітря-вода, як показано на рис.1.7.3.