Sau khi học sinh làm quen với khái niệm khối lượng và thể tích của các chất trong vật lý, các em sẽ nghiên cứu một đặc tính quan trọng của bất kỳ vật thể nào, gọi là khối lượng riêng. Bài viết dưới đây được dành cho giá trị này. Các câu hỏi về ý nghĩa vật lý của mật độ được tiết lộ dưới đây. Công thức mật độ cũng được đưa ra. Các phương pháp đo lường thử nghiệm của nó được mô tả.
Khái niệm về mật độ
Hãy bắt đầu bài viết với việc ghi trực tiếp công thức về khối lượng riêng của vật chất. Nó trông như thế này:
ρ=m / V.
Ở đây m là khối lượng của vật thể đang xét. Nó được biểu thị trong hệ SI bằng kilôgam. Trong các nhiệm vụ và thực tế, bạn cũng có thể tìm thấy các đơn vị đo lường khác của nó, chẳng hạn như gam hoặc tấn.
Kí hiệu V trong công thức biểu thị thể tích đặc trưng cho các thông số hình học của phần thân. Nó được đo bằng SI theo mét khối, tuy nhiên, kilomet khối, lít, mililit, v.v. cũng được sử dụng.
Công thức khối lượng riêng cho biết khối lượng của một chất được chứa trong một đơn vịâm lượng. Sử dụng giá trị của ρ, người ta có thể ước lượng vật nào trong hai vật sẽ có trọng lượng lớn hơn với thể tích bằng nhau, hoặc vật nào trong hai vật sẽ có thể tích lớn hơn với khối lượng bằng nhau. Ví dụ, gỗ ít đặc hơn sắt. Do đó, với khối lượng bằng nhau của các chất này, khối lượng sắt sẽ vượt quá đáng kể cùng một giá trị đối với một cây.
Khái niệm về mật độ tương đối
Chính tên của đại lượng này cho biết rằng giá trị đang được nghiên cứu đối với một cơ thể sẽ được coi là tương đối so với một đặc tính tương tự đối với một cơ thể khác. Công thức cho mật độ tương đối ρrcó dạng như sau:
ρr=ρs/ ρ0.
Trong đó ρslà mật độ của vật liệu được đo, ρ0là mật độ mà giá trị ρrđược đo . Rõ ràng, ρrlà không thứ nguyên. Nó cho biết chất được đo đậm đặc hơn bao nhiêu lần so với chất chuẩn đã chọn.
Đối với chất lỏng và chất rắn, theo tiêu chuẩn ρ0chọn giá trị này cho nước cất ở nhiệt độ 4oC. Ở nhiệt độ này, nước có tỷ trọng tối đa, là giá trị thuận tiện cho việc tính toán - 1000 kg / m3hoặc 1 kg / l.
Đối với hệ thống khí, thông thường sử dụng mật độ không khí ở áp suất khí quyển và nhiệt độ 0 làm tiêu chuẩnoC.
Sự phụ thuộc của mật độ vào áp suất và nhiệt độ
Giá trị đã nghiên cứu không phải là hằng số đối với một phần thân cụ thể,nếu bạn thay đổi nhiệt độ hoặc áp suất bên ngoài của nó. Tuy nhiên, chất lỏng và chất rắn không thể nén được trong nhiều trường hợp, có nghĩa là mật độ của chúng không đổi khi áp suất thay đổi cũng như nhiệt độ thay đổi.
Ảnh hưởng của áp suất được biểu hiện như sau: khi nó tăng, khoảng cách trung bình giữa các nguyên tử và giữa các phân tử giảm, làm tăng số mol của một chất trên một đơn vị thể tích. Vì vậy mật độ ngày càng tăng. Ảnh hưởng rõ ràng của áp suất lên đặc tính đang nghiên cứu được quan sát thấy trong trường hợp khí.
Nhiệt độ có tác động ngược lại với áp suất. Khi nhiệt độ tăng, động năng của các hạt vật chất tăng lên, chúng bắt đầu chuyển động tích cực hơn, dẫn đến tăng khoảng cách trung bình giữa chúng. Thực tế sau đó dẫn đến giảm mật độ.
Một lần nữa, hiệu ứng này rõ ràng hơn đối với chất khí hơn là chất lỏng và chất rắn. Có một ngoại lệ cho quy tắc này - đây là nước. Thực nghiệm đã chứng minh rằng trong khoảng nhiệt độ 0-4oС mật độ của nó tăng lên khi nung nóng.
Cơ thể đồng nhất và không đồng nhất
Công thức mật độ được viết ở trên tương ứng với cái gọi là ρ trung bình của vật thể được xem xét. Nếu chúng ta phân bổ một số khối lượng nhỏ trong đó, thì giá trị được tính toán ρicó thể khác rất nhiều so với giá trị trước đó. Thực tế này liên quan đến sự hiện diện của sự phân bố khối lượng trên thể tích không đồng đều. Trong trường hợp này, mật độρiđược gọi là địa phương.
Xem xét vấn đề phân bố vật chất không đồng đều, có vẻ thú vị khi làm rõ một điểm. Khi chúng ta bắt đầu xem xét một thể tích cơ bản gần bằng quy mô nguyên tử, khái niệm về tính liên tục trung bình bị vi phạm, có nghĩa là không có ý nghĩa gì khi sử dụng đặc tính mật độ cục bộ. Người ta biết rằng gần như toàn bộ khối lượng của một nguyên tử tập trung trong hạt nhân của nó, bán kính của nó là khoảng 10-13mét. Mật độ của lõi được ước tính bằng một con số khổng lồ. Đây là 2, 31017kg / m3.
Đo mật độ
Ở trên đã chỉ ra rằng theo công thức, khối lượng riêng bằng tỷ số giữa khối lượng và thể tích. Thực tế này cho phép chúng tôi xác định đặc tính cụ thể bằng cách chỉ cần cân phần thân và đo các thông số hình học của nó.
Nếu hình dạng của vật thể rất phức tạp, thì phương pháp phổ biến để xác định khối lượng riêng sẽ là cân thủy tĩnh. Nó dựa trên việc sử dụng lực lượng Archimedean. Bản chất của phương pháp là đơn giản. Đầu tiên cơ thể được cân trong không khí và sau đó là trong nước. Sự khác biệt về trọng lượng được sử dụng để tính toán khối lượng riêng chưa biết. Để thực hiện việc này, hãy sử dụng công thức sau:
ρ=ρl P0/ (P0- P l ),
trong đó P0, Pl- trọng lượng cơ thể trong không khí và chất lỏng. Theo đó, ρllà khối lượng riêng của chất lỏng.
Phương pháp cân thủy tĩnh để xác định khối lượng riêng, theo truyền thuyết, lần đầu tiên được sử dụng bởi một nhà triết học từ SyracuseArchimedes. Anh ấy đã có thể, không vi phạm tính toàn vẹn vật lý của vương miện, xác định rằng không chỉ vàng, mà còn sử dụng các kim loại ít đặc hơn khác để làm ra nó.
