Chúng ta hãy xem xét trong bài viết làm thế nào để tìm mật độ, và nó là gì. Trong thiết kế của nhiều cấu trúc và phương tiện, một số đặc tính vật lý được tính đến mà một loại vật liệu cụ thể phải có. Một trong số đó là mật độ.
Khối lượng và khối lượng
Giải mã ý nghĩa của hai đại lượng vật lý có liên quan trực tiếp đến nó - đó là khối lượng và thể tích. Trước khi chúng tôi trả lời câu hỏi làm thế nào để tìm mật độ.
Khối lượng là một đặc tính mô tả tính chất quán tính của các vật thể và khả năng thể hiện lực hút của chúng đối với nhau. Khối lượng được đo bằng kilôgam trong hệ SI.
Các khái niệm về khối lượng quán tính và hấp dẫn lần đầu tiên được đưa vào vật lý bởi Isaac Newton khi xây dựng các định luật cơ học và vạn vật hấp dẫn.
Thể tích là một đặc điểm hình học độc quyền của vật thể, phản ánh định lượng phần không gian mà nó chiếm giữ. Thể tích được đo bằng đơn vị khối chiều dài, ví dụ, trong SI, nó là mét khối.
Đối với cơ thể có hình dạng đã biết(hình bình hành, hình bóng, hình chóp) giá trị này có thể được xác định bằng các công thức đặc biệt, đối với các vật thể có dạng hình học không đều, thể tích được xác định bằng cách nhúng chúng vào chất lỏng.
Mật độ số lượng vật lý
Bây giờ bạn có thể trực tiếp đi đến câu trả lời cho câu hỏi làm thế nào để tìm mật độ. Đặc tính này được xác định bằng tỷ lệ giữa khối lượng cơ thể với thể tích mà nó chiếm giữ, được viết bằng toán học như sau:
ρ=m / V.
Đẳng thức này thể hiện các đơn vị của ρ (kg / m3). Do đó, mật độ, khối lượng và thể tích liên quan với nhau theo một đẳng thức duy nhất và giá trị của ρ đối với bất kỳ vật liệu nào cho thấy nồng độ thể tích của khối lượng của nó.
Hãy đưa ra một ví dụ đơn giản: nếu bạn cầm trên tay những viên bi bằng nhựa và sắt có cùng kích thước thì viên thứ hai sẽ có trọng lượng lớn hơn viên thứ nhất rất nhiều. Thực tế này là do mật độ sắt cao so với mật độ của nhựa.
Một trong những biểu hiện chính của tỷ lệ mật độ trong tự nhiên sẽ là độ nổi của các cơ thể. Nếu cơ thể có tỷ trọng thấp hơn chất lỏng, thì nó sẽ không bao giờ chìm trong đó.
Mật độ vật liệu
Khi nói về khối lượng riêng của một số vật liệu, chúng có nghĩa là chất rắn. Chất khí và chất lỏng cũng có tỷ trọng nhất định, nhưng chúng ta sẽ không nói về chúng ở đây.
Vật liệu rắn có thể là tinh thể hoặc vô định hình. Giá trị của ρ phụ thuộc vào cấu trúc, khoảng cách giữa các nguyên tử và khối lượng nguyên tử và phân tử của vật liệu. Ví dụ, tất cả các kim loại đều là tinh thể, và thủy tinh hoặc gỗ cócấu trúc vô định hình. Dưới đây là bảng mật độ của các loại gỗ khác nhau.
Xin lưu ý rằng trong trường hợp này, mật độ trung bình được đưa ra. Trong cuộc sống thực, mỗi cây đều có những đặc điểm riêng biệt, bao gồm lỗ rỗng, lỗ rỗng và sự hiện diện của một tỷ lệ độ ẩm nhất định trong gỗ.
Bên dưới là một bảng khác. Trong đó, tính bằng g / cm3mật độ của tất cả các nguyên tố hóa học tinh khiết ở nhiệt độ phòng được đưa ra.
Qua bảng có thể thấy rằng tất cả các nguyên tố đều có khối lượng riêng lớn hơn khối lượng riêng của nước. Ngoại lệ chỉ có ba kim loại - liti, kali và natri, không chìm mà nổi trên mặt nước.
Mật độ được đo bằng thực nghiệm như thế nào?
Trên thực tế, có hai kỹ thuật để xác định đặc tính đang được nghiên cứu. Đầu tiên là cân trực tiếp cơ thể và đo kích thước tuyến tính của nó.
Nếu hình dạng hình học của vật thể phức tạp, thì cái gọi là phương pháp thủy tĩnh sẽ được sử dụng.
Bản chất của nó như sau: đầu tiên cân cơ thể trong không khí. Giả sử rằng trọng lượng kết quả là P1. Sau đó, vật được cân trong chất lỏng có khối lượng riêng ρl. Cho trọng lượng của vật thể trong chất lỏng là P2. Khi đó giá trị của khối lượng riêng ρ của vật liệu đang nghiên cứu sẽ là:
ρ=ρl P1/ (P1-P 2 ).
Mỗi học sinh có thể tự mình lấy được công thức này nếu học theo định luật Archimedescho trường hợp được mô tả.
Trong lịch sử, người ta tin rằng lần đầu tiên trọng lượng thủy tĩnh đã được sử dụng bởi nhà triết học Hy Lạp Archimedes để xác định vương miện vàng giả. Những chiếc cân thủy tĩnh đầu tiên được phát minh bởi Galileo Galilei vào cuối thế kỷ 16. Hiện nay, pycnomet và máy đo mật độ điện tử được sử dụng rộng rãi để xác định bằng thực nghiệm giá trị của ρ trong chất lỏng, chất rắn và chất khí.
Định nghĩa lý thuyết về mật độ
Câu hỏi về cách tìm mật độ bằng thực nghiệm đã được thảo luận ở trên. Tuy nhiên, về mặt lý thuyết có thể tìm thấy ρ này của một vật liệu chưa biết. Để làm được điều này, cần phải biết loại mạng tinh thể, các thông số của mạng tinh thể này, cũng như khối lượng của các nguyên tử tạo thành nó. Vì bất kỳ mạng tinh thể cơ bản nào cũng có dạng hình học nhất định, nên rất dễ dàng tìm được công thức xác định thể tích của nó.
Nếu vật liệu kết tinh bao gồm một số nguyên tố hóa học, chẳng hạn như hợp kim kim loại, thì mật độ trung bình của nó có thể được xác định bằng công thức đơn giản sau:
ρ=∑mi/ ∑ (mi/ ρi).
Trong đó mi, ρilần lượt là khối lượng và khối lượng riêng của thành phần thứ i.
Nếu vật liệu có cấu trúc vô định hình thì về mặt lý thuyết sẽ không thể xác định chính xác mật độ của nó và phải sử dụng các kỹ thuật thực nghiệm.
