SI egységek | - |
---|---|
Dimenzió | |
SI alap | |
Természet | Méret skaláris intenzív |
Szokásos szimbólum |
A sűrűség vagy sűrűsége szerv vagy relatív sűrűsége egy test az aránya a sűrűsége , hogy a sűrűsége a test vett, mint a referencia.
A folyékony és szilárd , a referencia test a víz tiszta 4 ° C-on .
Abban az esetben, a gáz vagy gőz, a gáz-halmazállapotú referencia test levegőt , ugyanazon a hőmérsékleten, és ugyanolyan nyomáson.
A sűrűsége a test egy dimenzió nélküli érték , és annak értékét fejezzük nélkül mértékegység .
A dimenzió nélküli test sűrűségét nem szabad összetéveszteni egy olyan mennyiség sűrűségével, amely egy adott fizikai mennyiség statisztikai, dimenziós aránya a tér egy elemén (hossz, felület vagy térfogat), amelyet e mennyiség eloszlásának értékelésére használnak, mint például egy populáció felületi sűrűsége , a felületi tömeg , a felszíni töltés , a felületi koncentráció stb.
A test sűrűsége a régi fizikai fogalma, a XVII . Században jelent meg . A testnek ez a dimenzió nélküli számmal kifejezett jellemző mennyisége közös. Gyakran meghatározzák tudományos vagy enciklopédikus szótárakban.
Émile Littré a sűrűséget a „test tömegének a térfogatához viszonyított arányaként” határozza meg, vagyis sűrűségként . A racionalista tudós, Laplace , a referenciaként hivatkozott Newton csodálója 1810-ben a sűrűséget használta a sűrűség szinonimájaként. A BIPM maga is társult, 1960-ban, a feltételeket a sűrűség.
Ennek ellenére a sűrűség közvetlen kísérleti mérése mindig hidrosztatikus mérésen alapul, referenciaként folyékony víz tömegével. Ez a relatív sűrűség mértéke. Mivel a „relatív sűrűség” az egyetlen kísérletileg mérhető nagyságrend, általában a rövid „sűrűségű” formát részesítik előnyben. A "sűrűség" szó Littré szerint a "relatív sűrűség" kifejezés modern kifejezése, az angolban még mindig használt kifejezés ( relatív sűrűség ). A sűrűség az elavult "abszolút sűrűség" vagy "sűrűség" kifejezések modern szinonimája marad ( sűrűség angolul, implicit abszolút sűrűség ).
Végül a dimenzió nélküli test sűrűségét nem szabad összetéveszteni az egység által meghatározott részecske sűrűséggel, mivel a mennyiségnek ez az utolsó sűrűsége az adott populáció statisztikai aránya egy felhasznált térelemhez (hossz, terület vagy térfogat) ennek a populációnak a számlálásához, ahogyan ez a populáció területi sűrűsége, töltéssűrűsége, moláris koncentrációja esetén történik.
A megállapított sűrűséget a következők fejezik ki:
ahol a sűrűsége a test tekinthető, és a sűrűsége a referencia test.
Mivel az arány ugyanazon egység két mérése között van, a sűrűséget két azonos dimenzió arányának fejezi ki, ezért nincs egysége.
A gázok sűrűségét a levegő sűrűségéből számítják ki. A referenciaérték venni a tömege egy liter levegő 0 ° C nyomáson 760 Hgmm , vagy a 1,293 49 g .
Így rendelkezünk:
Kényelmes módszer van a gáz M moláris tömegének és sűrűségének összehasonlítására. Sőt, tekintve az ideális gáz , így:
val velTehát:
vagyés:
a azonos venni a levegő és a gáz tekinthető.Figyelembe véve a levegő összetételét és a megfelelő moláris tömegeket (78% nitrogén , 21% dioxigén és körülbelül 1% argon ), könnyen kimutatható, hogy :
Például, a sűrűsége hidrogénatom ( = 2 g mol -1 ) van vagy kb.
Ebből az összefüggésből következik, hogy minél nagyobb a gáz moláris tömege, annál sűrűbb. Így könnyű megjósolni, hogy a szén-dioxid (CO 2) sűrűbb lesz, mint a levegő (44/29 vagy ~ 1,52), és hogy a kevésbé sűrű gázok a dihidrogén és a hélium (kb. 2/29 vagy ~ 0,07 dihidrogénnél és 4/29 ~ 0,14 héliumnál).
A legsűrűbb gáznemű vegyület szobahőmérsékleten a kén-hexafluorid , SF 6( d = 146/29 vagy ~ 5,03).
Leggyakrabban a vizet használják folyadékok és szilárd anyagok sűrűségének referencia testeként . Ebben az esetben a víz sűrűségét 1000 kg · m -3 (vagy 1 kg · dm -3 , vagy 1 kg / l , vagy akár 1 g · cm -3 ) értéknek vesszük . Ez a víz sűrűsége 3,98 ° C-on és légköri nyomáson .
A sűrűség:
hol van a figyelembe vett test sűrűsége és a víz sűrűsége ( 1000 kg · m -3 ).
A referencia hőmérséklettől eltérő hőmérsékleten mért értékek korrigálásához a víz sűrűségének variációs görbéjét kell használni a hőmérséklet függvényében, hogy levonhassuk az anyagok sűrűségét a mérések hőmérsékletén.
Folyadékok esetében a sűrűség pontos mérése piknométert használ .
A szilárd test relatív sűrűsége a folyékony testhez viszonyítva a szilárd test tömegének és a szilárd test tömegével megegyező térfogatú folyadék test tömegének az aránya. Mérjük meg ezt a relatív sűrűséget három méréssel és a szilárd anyag bemerítésével. A méréseket azonos nyomás- és hőmérsékleti körülmények között kell végrehajtani (gyakran normál körülmények között : 76 cm higany, 0 ° C ).
Egy szilárd C 1 testet a mérleg lemezéhez rögzítünk egy M t ismeretlen tömegű merev t rúd segítségével (A ábra). Az m 1 tömege és a test térfogata nem ismert. A mérleg másik lemezére egy T T ismeretlen tömegű Tára kerül. A mérleg két skálájának ismeretlen tömegét M 1 és M 2 jelöli .
A mérlegnyaláb egyensúlyát az ismert M A tömegű tömeg jelenlétének köszönhetően érik el , amely a lemezre van helyezve, amelyhez a test csatlakozik ( a gerenda A végén ).
A gerenda A végének szintjén kifejtett F A erő egyenlő:
hol van a gravitáció gyorsulása.
Csatoljuk le a testet (B ábra). A mérlegnyaláb újbóli kiegyensúlyozásához helyezze be az M A tömeget, és cserélje ki egy M B tömegre . A gerenda A végének szintjén kifejtett F A erő egyenlő:
Mivel a flail visszanyerte egyensúlyi helyzetét, az (A) és (B) egyenlőségek által adott F A erők egyenlőek, ezért:
A tömeg m 1 a test tehát egyenlő:
A testet ismét felfüggesztjük az emelvényről (C ábra). De ezúttal egy sűrűségű folyadékba (elvileg desztillált vízbe ) merül . A mérleg kiegyensúlyozása érdekében az M B tömeget lerakják, és a helyére M C tömeget helyeznek el. A folyadék erőt fejt ki a testre . Ez az archimédészi tolóerő . Ez egy olyan erő, amelynek iránya függőleges és iránya felfelé irányul. Modulja megegyezik .
A gerenda A végének szintjén kifejtett F A erő egyenlő:
Mivel a flail visszanyerte egyensúlyi helyzetét, az (A) és (E) egyenlőségek által adott F A erők egyenlőek, ezért:
Ebből kifolyólag :
Archimédész tolóerejének modulusa összehasonlítható egy folyékony test tömegével: a szilárd test által kiszorított folyadék súlyával . Legyen ennek a folyékony testnek a neve. A test térfogata, sűrűsége és tömege tehát egyenlő:
A (D) és (H) egyenlőségek figyelembevételével tehát meghatározhatjuk a szilárd test relatív sűrűségét a folyadéktesthez képest :
A sűrűség jelezheti a test úszóképességét az édesvízhez viszonyítva. Ha egy test sűrűsége nagyobb, mint 1, mint egy fémcsavar esetében (lásd az ábrát), akkor a szóban forgó test vízbe süllyed. Ezzel szemben, ha egy test sűrűsége kisebb, mint egy parafadugó esetében (lásd az ábrát), akkor a kérdéses test a vízen úszik. Tengervízben vagy sós gradiens sóoldatban ezeket az adatokat ki kell igazítani.
Általában, amikor egy folyékony test lehűl, a sűrűsége megnövekszik és a megszilárdulási hőmérsékleten maximálisá válik. Ezenkívül a szilárd test általában sűrűbb, mint a folyékony test. A víz az egyik kivétel: maximális sűrűségét nem 0 ° C-on, hanem 3,98 ° C- on éri el, és a jég kevésbé sűrű, mint a folyékony víz. Ez a negatív hőtágulás lehetővé teszi a meleg víz, a nagyon hideg víz és a jég lebegését 3,98 ° C-on .
A szilárd halmazállapotú kevésbé sűrű fémek közül, mint a folyékony, megemlíthetjük a bizmutot és a plutóniumot . Ez jelentős problémákat vet fel az öntés során , a megszilárdulással járó duzzanat miatt .
Közös fémek | Szimbólum | Sűrűség |
---|---|---|
Platina | Pt | 21.45 |
Arany | Nál nél | 19.3 |
Higany | Hg | 13.56 |
Vezet | Pb | 11.35 |
Ezüst | Ag | 10.5 |
Bizmut | Kettős | 9.82 |
Réz | Cu | 8.96 |
Nikkel | Vagy | 8.27 |
Vas | Fe | 7.87 |
Ón | Sn | 7.29 |
Cink | Zn | 7.1 |
Titán | Ti | 4,4–4,5 |
Alumínium | Al | 2.7 |
Magnézium | Mg | 1.43 |
Nátrium | N / A | 0,97 |
Azok az ércek, amelyek nagy mennyiségben tartalmaznak nehézfémeket vagy natív állapotban sűrű fémeket, diszpergálva egy bandába, tömeghatással vagy tehetetlenséggel, vagyis kevésbé beszivárgással könnyen elválaszthatók a földi szennyeződéstől egy vízáramban. ferde sík. Ez a gravimetrikus elválasztás.
Más, könnyebb érceket úszóképessé tehetünk speciális szappanok vagy felületaktív anyagok alkalmazásával , többé-kevésbé kevergetett fürdőkben. Ezek ipari flotációs folyamatok .
A sűrűségeket ritkán használják az orvostudományokban. Egy referenciakönyvben csak a cisztás fibrózis tesztből származó verejtékfolyadék és a serózus folyadék található. Az adatok többségét tömegben vagy moláris koncentrációban fejezzük ki.
Gyakran előfordul (a fentebb bemutatott angolszász terminológiával való összetévesztés gyümölcse), hogy az úgynevezett vizelet, vér vagy bármilyen biológiai folyadék "sűrűségének" nevezzük, ez egyszerűen a folyadék sűrűsége (g / l-ben kifejezve). Így a vér "sűrűsége", amely a laboratóriumi eredmények alapján leolvasható, nagyobb, mint 1000 (g / l).