Πυκνότητα και όγκος
Πυκνότητα
Η πυκνότητα ενός υλικού ορίζεται ως η πυκνότητα αυτού του υλικού σε μια δεδομένη περιοχή. Η πυκνότητα του υλικού σχετίζεται με τη μάζα του ανά μονάδα όγκου. Είναι μια μέτρηση του πόσο στενά είναι συσκευασμένα τα σωματίδια ύλης γενικά. Η αρχή της πυκνότητας προτάθηκε από τον Αρχιμήδη. Η πυκνότητα των διαφόρων υλικών ποικίλλει.
Τύπος πυκνότητας
Ο τύπος για τον υπολογισμό της πυκνότητας ενός αντικειμένου είναι:
ρ =m/v
Εδώ,
ρ =Πυκνότητα αντικειμένου
m =Μάζα
v =Τόμος
Τα στερεά είναι πιο πυκνά από τα υγρά και τα αέρια επειδή τα σωματίδια τους είναι στενά γεμάτα με πολύ μικρό χώρο μεταξύ τους. Επειδή τα σωματίδια στα υγρά δεν είναι σταθερά συσκευασμένα, είναι λιγότερο πυκνά από τα στερεά, αλλά είναι πιο πυκνά από τα αέρια, τα οποία περιέχουν σωματίδια που ρέουν ελεύθερα.
Μονάδα πυκνότητας SI
Κάθε ουσία έχει διαφορετική πυκνότητα. Η πυκνότητα του νερού, 1 γραμμάριο ανά κυβικό εκατοστό, χρησιμοποιείται ευρέως ως σημείο αναφοράς για την εκτίμηση της πυκνότητας διαφόρων ουσιών. Τα κιλά ανά κυβικό μέτρο (kg/m) είναι η μονάδα SI που χρησιμοποιείται για τη μέτρηση της πυκνότητας.
Αν και η μονάδα πυκνότητας SI είναι kg/m, επιλέγουμε να χρησιμοποιούμε g/cm, g/ml και g/L για στερεά, υγρά και αέρια.
Εφαρμογές πυκνότητας
Ας υποθέσουμε ότι έχετε δύο μπαλόνια, το ένα γεμάτο με αέρα και το άλλο με κοκ. Επειδή τα άτομά του κινούνται λιγότερο και καταλαμβάνουν λιγότερο χώρο, ο οπτάνθρακας είναι σημαντικά πιο πυκνός. Σε ένα αερόστατο, από την άλλη πλευρά, τα άτομα συγκρούονται πολύ γρήγορα και ως εκ τούτου καταλαμβάνουν περισσότερο χώρο ή έχουν μικρότερη πυκνότητα. Ως αποτέλεσμα, το αερόστατο είναι ελαφρύ, ενώ το γεμάτο με κοκ είναι βαρύ. Η πυκνότητα μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί με τους ακόλουθους τρόπους:
Life Tubes: Γενικά, η πυκνότητα είναι σημαντική σε μια ποικιλία εφαρμογών. Οι σωλήνες ζωής είναι μια τέτοια εφαρμογή. Οι σωλήνες Life προορίζονται να επιπλέουν στο νερό και να προστατεύουν τα άτομα από πνιγμό ενώ κολυμπούν και μπορούν να βρεθούν σε πισίνες ή σε παραλίες. Επειδή οι σωλήνες ζωής είναι γεμάτοι με αέρα και όχι νερό, επιπλέουν.
Πλοία: Τα πλοία είναι ένα άλλο παράδειγμα εφαρμογής της πυκνότητας στον πραγματικό κόσμο. Τα πλοία είναι σχεδιασμένα με δεξαμενές έρματος για να συγκρατούν τον αέρα, επιτρέποντάς τους να επιπλέουν στο νερό. Αυτές οι δεξαμενές παρέχουν τεράστιο όγκο για μικρό όγκο, μειώνοντας την πυκνότητα του πλοίου. Όταν η χαμηλότερη πυκνότητα του πλοίου συνδυάζεται με την άνωση, το πλοίο μπορεί να επιπλέει στο νερό.
Παράδειγμα πυκνότητας
Τα πυκνά υλικά περιλαμβάνουν μόλυβδο, σίδηρο και πλατίνα. Τα υλικά υψηλής πυκνότητας είναι πιο δύσκολο να εργαστούν και είναι πιο «πιθανό» να αισθάνονται βαριά.
Τα αραιά υλικά, όπως το αλουμίνιο, το γυαλί και το μπαμπού, είναι τα πολικά αντίθετα των πυκνών υλικών.
Τα στερεά έχουν μεγαλύτερη πυκνότητα από τα υγρά, ενώ τα υγρά έχουν μεγαλύτερη πυκνότητα από τα αέρια. Τα σωματίδια στα στερεά είναι στενά συσκευασμένα, γεγονός που εξηγεί αυτό. Τα σωματίδια στα υγρά είναι χαλαρά και μπορούν να γλιστρήσουν το ένα πάνω στο άλλο, ενώ τα σωματίδια στα αέρια είναι χαλαρά και ελεύθερα να κινούνται.
Τόμος
Ο όγκος είναι ένα θεμελιώδες φυσικό μέγεθος στη φυσική. Η τρισδιάστατη έκταση ενός σώματος ή πράγματος υποδεικνύεται από τον όγκο, ο οποίος είναι μια επίκτητη ποσότητα. Η μονάδα χρησιμοποιείται συνήθως για τον καθορισμό του όγκου των αντικειμένων ή των υγρών.
Παράδειγμα τόμου
Ο χώρος μιας ύλης μπορεί να είναι στερεός, υγρός, αέριος, πλάσμα ή κάποιο άλλο σχήμα που βυθίζει το διάστημα. Η χωρητικότητα ενός σκάφους (κοντέινερ) θεωρείται ότι είναι η ποσότητα υγρού (ρευστού), αερίου ή υγρού (ρευστού) που μπορεί να κρατήσει το σκάφος, παρά η ποσότητα του χώρου που εκτοπίζει το ίδιο το σκάφος, όπως η δύναμη άνωσης σε νερό.
Τόμος μονάδας SI
Η χωρητικότητα μετριέται με όγκο. Ως αποτέλεσμα, η μονάδα όγκου SI είναι μια μονάδα μέτρησης για τη χωρητικότητα ή την ποσότητα ενός αντικειμένου, σώματος ή χώρου. Η μετρική μονάδα m χρησιμοποιείται συνηθέστερα για την έκφραση του όγκου υλικών ή ρευστών (υγρού).
Τόμος στερεού
Η μετατόπιση ρευστού μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τον προσδιορισμό του όγκου ενός στερεού, είτε έχει κανονικό είτε ακανόνιστο σχήμα.
Κατά τον υπολογισμό του όγκου ενός αερίου, χρησιμοποιείται η μετατόπιση ενός υγρού. Ο όγκος δύο ουσιών που συνδυάζονται είναι πάντα μεγαλύτερος από τον όγκο ενός μόνο υλικού (υγρού ή αερίου). Ωστόσο, μερικές φορές το ένα υλικό διαλύεται στο άλλο και ο συνδυασμένος όγκος δεν είναι προσθετικός σε αυτές τις περιπτώσεις.
Όγκος και Θερμοδυναμική
Οι εκτενείς μεταβλητές που εκφράζουν τη θερμοδυναμική κατάσταση της κατάστασης είναι ο όγκος ενός συστήματος.
Ο συγκεκριμένος τόμος είναι μια πολύ σημαντική ιδιότητα.
Πυκνότητα έναντι όγκου
Πυκνότητα | Τόμος |
Μετράται η ποσότητα της ύλης σε ένα αντικείμενο. | Μετρά πόσο χώρο καταλαμβάνει ένα αντικείμενο σε τρεις διαστάσεις. |
Τα κιλά ανά κυβικό μέτρο είναι οι μονάδες μέτρησης. | Μετράται σε κυβικά μέτρα |
Η πυκνότητα ενός τρισδιάστατου αντικειμένου αποτελείται από δύο μέρη:μάζα και όγκο. | Ο όγκος ενός σχήματος καθορίζεται από τρεις παράγοντες:μήκος, πλάτος και ύψος. |
Η πυκνότητα είναι μια εντατική ιδιότητα. | Ο τόμος είναι μια εκτεταμένη ιδιότητα. |
Συμπέρασμα
Σε μια συγκεκριμένη θερμοκρασία και πίεση, ο όγκος μιας ουσίας είναι ανάλογος της ποσότητας της ουσίας που υπάρχει. Τα ογκομετρικά γυάλινα σκεύη, όπως η ογκομετρική φιάλη και ο βαθμονομημένος κύλινδρος, μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τη μέτρηση του όγκου μιας ουσίας.
Σε συγκεκριμένη θερμοκρασία και πίεση, η πυκνότητα μιας ουσίας υποδεικνύει πόσο από αυτήν γεμίζει έναν συγκεκριμένο όγκο. Η πυκνότητα μιας ουσίας μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τον ορισμό της. Το νερό είναι μοναδικό στο ότι όταν παγώνει, η στερεά του μορφή (πάγος) είναι λιγότερο πυκνή από το υγρό νερό και ως εκ τούτου επιπλέει από πάνω του.
