10.Когда учитель задал вопрос о том, что представляет собой плотность материала, ученики предложили различные ответы, в том числе
Плотность
Плотность представляет собой показатель распределения одной величины относительно другой.
Данный термин охватывает множество понятий, включая плотность материала, оптическую плотность, плотность населения, плотность застройки и плотность огня. Рассмотрим две концепции, связанные с неразрушающим контролем.
Плотность вещества
В физике под плотностью вещества понимают массу, которую это вещество занимает в единице объема при стандартных условиях. Объекты, обладающие одинаковым объемом, но выполненные из различных материалов, имеют разную массу, что и определяет их плотность. К примеру, два куба одного размера, сделанные из чугуна и алюминия, будут отличаться по весу и плотности.
Для вычисления плотности объекта нужно точно измерить его массу и разделить её на объем.
кг/м³ — еденица измерения плотности в Международной системе единиц (СИ)
г/см³ — единицы измерения плотности в системе СГС
Укажите уравнение для вычисления плотности.
Для примера рассмотрим плотность бетона. Возьмем куб из этого материала, имеющий массу 2,3 кг и длину ребра 10 см. Вычислим объем куба.
Записать данные можно в следующую формулу.
Плотность равняется 2300 кг/м³.
Куб из бетона с размером грани в 10 см.
График зависимости плотности воды от температуры.
Факторы, влияющие на плотность вещества
Плотность вещества изменяется в зависимости от температуры. В большинстве случаев она возрастает с понижением температуры. Однако есть исключения для таких материалов, как вода, чугун, медь и другие вещества, которые ведут себя иначе в определенных температурных диапазонах. Например, максимальная плотность воды достигается при 4°C. При увеличении или уменьшении температуры ее плотность снижается.
Изменение состояния вещества также приводит к изменению его плотности. Плотность резко увеличивается при переходе из газообразного состояния в жидкое, а затем в твердое. Тем не менее существуют исключения – плотность воды, висмута и кремния уменьшается при их застывании.
Скамейки в парке и дачные бани изготавливаются из древесины, тогда как утюги и кастрюли – из металлов, а колеса и шины велосипедов – из резины. Каждый из этих предметов имеет свою массу.
Происхождение массы
Физики уверены, что элементарные частицы имеют массу. К примеру, было установлено, что электроны обладают массой. Без этой характеристики они не смогли бы формировать атомы и всю наблюдаемую материю.
В безмассовой Вселенной царил бы хаос, состоящий исключительно из потоков света, движущихся с максимальной скоростью. В таком мире не существовало бы ни галактик, ни звезд, ни планет. Удивительно, но это не так, и субатомные частицы действительно обладают массой. Однако источник этой массы остается загадкой.
На изображении представлен Питер Хиггс. Именно ему принадлежит гипотеза, экспериментально проверенная в 2012 году, согласно которой масса всех частиц формируется с помощью бозонов.
Бозон Хиггса сложно представить. Это не обычная сферическая частица, как она изображена на электронных схемах в учебных материалах. Представьте, что он движется по песку. Бегать очень сложно, словно масса увеличивается. Частица взаимодействует с полем Хиггса и получает массу.
Объем тела
Объём — это изометрическая мера пространства, занимаемого телом. Умение сравнивать объемы является важным навыком. Например, можно рассчитать, сколько пластиковых шариков войдет в гигантский бассейн.
Предположим, что для вычисления объема прямоугольного параллелепипеда нужно перемножить три его параметра.
Формула для вычисления объема параллелепипеда
Следующее уравнение также подходит для цилиндров
Уравнение для расчета объема цилиндра
Плотность материала
Плотность является физической величиной, которая может изменяться. Она определяется как отношение массы объекта к занимаемому им объему.
Типы плотности материалов
p — плотность материала в кг/м³
Плотность зависит от температуры, условий формирования материала и внешнего давления. Обычно при увеличении давления молекулы становятся более компактными. Однако при повышении температуры расстояние между молекулами часто увеличивается, что ведет к снижению плотности.
Вода представляет собой особый случай. Например, ее плотность ниже, чем у льда. Причина этому заключается в молекулярной структуре льда. Когда вода переходит из жидкого состояния в твердое, молекулы изменяют свою организацию, а дистанция между ними увеличивается. В итоге, лед оказывается менее плотным, чем вода.
Ниже представлены плотности различных веществ, что окажет помощь в решении будущих задач.
Единицей измерения массы в системе СИ является 1 кг (1 килограмм) — это масса эталонного цилиндра, изготовленного из специального сплава платины и иридия. Масса одного килограмма соответствует одному литру чистой воды при температуре 15 °C.
Плотность вещества — формулы и примеры расчетов величины
Все материальные объекты состоят из различных веществ, вес каждого из которых определяется размерами, объемом и другими характеристиками.
Плотность вещества представляет собой количественное выражение массы объекта на единицу объема.
Существует несколько категорий масштабируемых размеров в природе.
Общая характеристика
Каждый элемент занимает уникальное значение. Плотность может обозначаться греческой буквой ρ, латинскими D или d. Если два объекта имеют одинаковый объем, но их масса различается, это означает, что их плотности также будут разными.
Основные понятия
Понятие и характеристики индексов знакомы с 7 класса в курсе школьной химии. Плотность представляет собой физическую величину, которая отражает свойства вещества. Это удельный вес любого элемента. Существуют средние и относительные показатели плотности. Последние определяются как отношение плотности (P) конкретного вещества к P эталонного вещества. Обычно в качестве эталона используют дистиллированную воду. В международной системе единиц для измерения P применяется кг/м³.
Формула для расчета плотности:
Имя:
Помимо традиционной формулы плотности, применяемой к твердым телам, существует также специальная формула для газообразных элементов при стандартных условиях.
Декодирование:
Для сыпучих и пористых веществ выделяют фактическую плотность, которая рассчитывается без учета пустот, и удельный вес, представляющий собой отношение массы к общему объему вещества. Фактическая плотность определяется через пористость, то есть процентное содержание пустого пространства в занимаемом объеме. Для сыпучих материалов удельная плотность обозначается как объемная плотность.
Межгалактическое среднее значение плотности (1033 кг/м³) имеет наименьший показатель плотности P.
Методы измерения:
- Денситометр. Используется для подсчета фактического количества вещества.
- Анемометры, денсиметры и плотномеры. Применяются в условиях жидкой среды.
- Бюрик. Позволяет определить содержание вещества в почве.
Вещества состоят из молекулярных структур — масс тел формируются молекулярными комплексами. Аналогично тому, как вес упаковки конфет складывается из веса отдельных конфет внутри. Если все конфеты одинаковы, то масса упаковки определяется путем умножения массы одной конфеты на общее количество штук в упаковке.
Так как молекулы чистого вещества идентичны, масса капли воды равняется произведению массы одной молекулы H2O на общее количество молекул в ней. Плотность вещества представляет собой его массу на определённый объём, выраженный в кубических метрах.
Плотность воды составляет 1000 кг/м³, а масса одного кубического метра воды равна 1000 кг. Это значение можно вычислить, умножив массу одной молекулы воды на число молекул, содержащихся в одном кубическом метре.
Плотность льда равна 900 кг/м³, что означает, что масса одного кубического метра льда составляет 900 кг. Единица измерения плотности — граммы на сантиметр в кубе (г/см³).
Если два тела обладают одинаковой физической массой, их объёмы могут различаться. Например, объём льда в девять раз превышает объём бруска металлического сплава. Распределение массы в теле является неравномерным, что определяет плотность в каждой конкретной точке данного тела.
Влияние факторов
Зависимость P определяется давлением и температурой. При высоком давлении молекулы находятся в тесном контакте друг с другом, что приводит к высокой плотности вещества.
Когда температура повышается, P уменьшается из-за теплового расширения, при котором объем возрастает, а масса остается неизменной. В случае понижения температуры P увеличивается, однако некоторые вещества, такие как вода, медь и чугун, могут вести себя иначе при определенных температурных режимах. Во время фазового перехода, когда происходит изменение состояния вещества, P претерпевает резкие изменения. Условия для расчета зависят от свойств различных веществ и их молекулярного состава. P может значительно варьироваться для разных физических объектов.
Практическое применение
В учебниках по химии и физике уровень плотности можно рассчитать с использованием формул. Однако, это также возможно сделать с помощью электронных систем.
Значение индекса
Весь окружающий нас мир состоит из множества различных веществ.
Парк, скамейки и дачные бани создаются из древесины, утюги и кастрюли производятся из металла, а колеса и шины велосипедов делают из резины. Каждое из этих объектов обладает определенным весом.
Черные дыры во Вселенной обладают наивысшей плотностью, достигающей 1014 кг/м³. Межгалактические пространства характеризуются самой низкой плотностью, равной приблизительно 2 × 10-31–5 × 10-31–5 × 10-31 кг/м³.
Таблица плотности:
| Материал | Плотность (кг/м³) |
| Сухой воздух | 1,293 |
| Металлы | |
| Осмий | 22,61 |
| Родий | 12,41 |
| Иридий | 22,56 |
| Плутоний | 19,84 |
| Палладий | 12,02 |
| Свинец | 11,35 |
| Платина | 19,59 |
| Золото | 19,30 |
| Сталь | 7,8 |
| Алюминий | 2,7 |
| Медь | 8,94 |
| Газы | |
| Азот | 1,25 |
| Аммиак | 0,771 |
| Аргон | 1,784 |
| Жидкий водород | 70 |
| Жидкий гелий | 130 |
| Водород | 0.09 |
| Водяной пар | 0,598 |
| Воздух | 1,293 |
| Хлор | 3,214 |
| Кислород (O2) | 1,429 |
| Углекислый газ | 1,977 |
| Другие вещества | |
| Человеческое тело | 940-990 на вдохе, 1010-1070 на выдохе |
| Пресная вода | 1000 |
| Солнце | 1410 |
| Гранит | 2600 |
| Земля | 5520 |
| Железо | 7874 |
| Бензин | 710 |
| Парафин | 820 |
| Молоко | 1040 |
| Этанол | 789 |
| Ацетон | 792 |
| Морская вода | 1030 |
| Древесина | |
| Ель | 0,39 |
| Лиственница | 0,46 |
| Сосна | 0,52 |
| Дуб | 0,69 |
Плотность металлов колеблется от наименьшего показателя для лития, который легче воды, до наиболее высокого значения для осмия, который превосходит по тяжести обновляемые металлы.
Методы расчета и примеры
Существует огромное количество онлайн-приложений, предназначенных для вычисления плотности различных веществ и материалов. Пользователь вводит основные данные, включая массу, объем и единицы измерения, в специально отведенные поля на сайте. На основании предоставленной информации плотность рассчитывается автоматически и выводится на экран. Результаты можно преобразовать в требуемую единицу измерения.
В рентгеновском контроле оптическая плотность представляет собой один из ключевых показателей, который влияет на использование снимков для анализа. Нормы этого параметра устанавливаются согласно требованиям ГОСТ 7512-82 (раздел 6 — Интерпретация изображений).
Для того чтобы получить доступ к данному и другим учебным видео в комплекте, нужно добавить его в личный кабинет, приобретя через каталог.
Конспект по курсу «Плотность материи»
«Сначала собирайте данные, а затем связывайте их с идеями».
В данном разделе мы рассмотрим новую физическую величину — плотность. В предыдущем материале мы обсуждали такие физические параметры, как масса. Масса представляет собой количественную меру инерции объекта и в международной системе единиц измеряется в килограммах (кг). Стандартное значение массы определяется на основе цилиндра, сделанного из сплава иридия и платины, который весит 1 килограмм. Известно, что масса объекта зависит не только от его размеров, но и от материала, из которого он изготовлен. Например, если вы изготовите цилиндр одинаковых размеров из алюминия, его масса будет меньше стандартного эталона.
С другой стороны, можно встретить предметы с идентичной массой, но это не говорит о том, что их объемы также будут совпадать.
Это обусловлено тем, что разные материалы обладают различной плотностью. Это значит, что объект с высокой плотностью будет содержать больше частиц на каждый кубический сантиметр по сравнению с объектом, имеющим низкую плотность.
Плотность является показателем, который определяет массу определённого вещества на объём одного кубического метра. К примеру, масса одного кубометра чугуна равна 7 тоннам (то есть 7000 килограммам). В то время как один кубический метр дуба весит 0,7 тонны (т.е. 700 килограммов).
Рассмотрим простой пример. Мороженое имеет массу 1800 кг и объем 2 м³. Можете ли вы определить плотность льда на основании этих данных? Плотность представляет собой массу вещества, содержащуюся в объеме 1 м³. С учетом указанных условий мы можем вычислить массу льда, занимающего объем 2 м³. Это подразумевает, что в 1 м³ содержится половина общего объема, то есть 900 кг.
Плотность представляет собой физическую величину, которая определяется как отношение массы объекта к его объему. Она обозначается греческой буквой р (ро).
В системе СИ масса измеряется в килограммах (кг), а объем — в кубических метрах (м³). Соответственно, единицей измерения плотности в данной системе является килограмм на кубический метр (кг/м³).
Также могут применяться другие единицы измерения, такие как грамм на кубический сантиметр (г/см³). При этом возникает вопрос о том, как корректно преобразовывать кг/м³ в г/см³. Необходимо знать, что один метр равен ста сантиметрам. Однако, это не подразумевает, что один кубический метр равен 100 кубическим сантиметрам. Представьте себе куб, у которого длина, ширина и высота составляют по одному метру.
Согласно математическим законам, для определения объема куба или прямоугольного параллелепипеда необходимо перемножить длину, ширину и высоту. В данном случае объем одного куба составляет один кубический метр.
Теперь преобразуем измерения в сантиметры. Это означает, что мы имеем куб размером 100 на 100 сантиметров. Рассчитав объем этого куба, мы получаем 1 миллион кубических сантиметров.
Следовательно, кубический сантиметр представляет собой одну миллионную часть кубического метра. При этом километр в тысячу раз больше грамма. Таким образом, один грамм на кубический сантиметр эквивалентен 1 000 килограммам на кубический метр.
Важно отметить, что плотность одного и того же вещества может варьироваться в зависимости от его агрегатного состояния. Например, плотность ртути в твердом состоянии достигает 14 200 кг/м³, а в жидком — 13 600 кг/м³. В то же время плотность паров ртути составляет менее 20 мг/м³.
