Selepas pelajar membiasakan diri dengan konsep jisim dan isipadu bahan dalam fizik, mereka mengkaji ciri penting mana-mana badan, yang dipanggil ketumpatan. Artikel di bawah dikhaskan untuk nilai ini. Soalan tentang maksud fizikal ketumpatan didedahkan di bawah. Formula ketumpatan juga diberikan. Kaedah untuk pengukuran percubaannya diterangkan.
Konsep ketumpatan
Mari kita mulakan artikel dengan rakaman langsung formula untuk ketumpatan jirim. Ia kelihatan seperti ini:
ρ=m / V.
Di sini m ialah jisim badan yang dipertimbangkan. Ia dinyatakan dalam sistem SI dalam kilogram. Dalam tugasan dan dalam amalan, anda juga boleh mencari unit ukurannya yang lain, contohnya, gram atau tan.
Simbol V dalam formula menandakan isipadu yang mencirikan parameter geometri badan. Ia diukur dalam SI dalam meter padu, bagaimanapun, kilometer padu, liter, mililiter, dsb. turut digunakan.
Formula ketumpatan menunjukkan berapa jisim bahan yang terkandung dalam unitisipadu. Dengan menggunakan nilai ρ, seseorang boleh menganggarkan yang mana antara kedua-dua jasad yang akan mempunyai berat yang lebih besar dengan isipadu yang sama, atau yang mana antara dua jasad yang akan mempunyai isipadu yang lebih besar dengan jisim yang sama. Sebagai contoh, kayu kurang tumpat daripada besi. Oleh itu, dengan isipadu bahan ini yang sama, jisim besi akan jauh melebihi nilai yang sama untuk pokok.
Konsep ketumpatan relatif
Nama kuantiti ini menunjukkan bahawa nilai yang dikaji untuk satu badan akan dianggap relatif kepada ciri yang sama untuk badan yang lain. Formula untuk ketumpatan relatif ρr kelihatan seperti ini:
ρr=ρs / ρ0.
Di mana ρs ialah ketumpatan bahan yang diukur, ρ0 ialah ketumpatan dengan nilai ρ r diukur . Jelas sekali, ρr tidak berdimensi. Ia menunjukkan bilangan kali bahan yang disukat lebih tumpat daripada standard yang dipilih.
Untuk cecair dan pepejal, sebagai standard ρ0 pilih nilai ini untuk air suling pada suhu 4 oC. Pada suhu inilah air mempunyai ketumpatan maksimum, yang merupakan nilai mudah untuk pengiraan - 1000 kg/m3 atau 1 kg/l.
Untuk sistem gas, adalah kebiasaan untuk menggunakan ketumpatan udara pada tekanan atmosfera dan suhu 0 sebagai standard oC.
Pergantungan ketumpatan pada tekanan dan suhu
Nilai yang dikaji tidak tetap untuk badan tertentu,jika anda menukar suhu atau tekanan luarannya. Walau bagaimanapun, cecair dan pepejal tidak boleh mampat dalam banyak keadaan, bermakna ketumpatannya kekal malar apabila tekanan berubah serta perubahan suhu.
Pengaruh tekanan ditunjukkan seperti berikut: apabila ia meningkat, purata jarak interatomik dan antara molekul berkurangan, yang meningkatkan bilangan mol bahan per unit isipadu. Jadi ketumpatan semakin meningkat. Pengaruh tekanan yang jelas terhadap ciri yang dikaji diperhatikan dalam kes gas.
Suhu mempunyai kesan bertentangan dengan tekanan. Dengan peningkatan suhu, tenaga kinetik zarah jirim meningkat, mereka mula bergerak lebih aktif, yang membawa kepada peningkatan dalam jarak purata di antara mereka. Fakta terakhir membawa kepada penurunan ketumpatan.
Sekali lagi, kesan ini lebih ketara untuk gas berbanding cecair dan pepejal. Terdapat pengecualian kepada peraturan ini - ini adalah air. Telah terbukti secara eksperimen bahawa dalam julat suhu 0-4 oС ketumpatannya meningkat dengan pemanasan.
Badan homogen dan tidak homogen
Formula ketumpatan yang ditulis di atas sepadan dengan apa yang dipanggil purata ρ untuk badan yang dipertimbangkan. Jika kita memperuntukkan beberapa volum kecil di dalamnya, maka nilai yang dikira ρi boleh sangat berbeza daripada nilai sebelumnya. Fakta ini dikaitkan dengan kehadiran taburan jisim ke atas isipadu yang tidak seragam. Dalam kes ini, ketumpatanρi dipanggil setempat.
Memandangkan isu pengagihan jirim yang tidak seragam, nampaknya menarik untuk menjelaskan satu perkara. Apabila kita mula mempertimbangkan isipadu asas yang hampir dengan skala atom, konsep kesinambungan sederhana dilanggar, yang bermaksud bahawa tidak masuk akal untuk menggunakan ciri ketumpatan tempatan. Telah diketahui bahawa hampir keseluruhan jisim atom tertumpu dalam nukleusnya, jejarinya adalah kira-kira 10-13 meter. Ketumpatan teras dianggarkan oleh angka yang besar. Ini ialah 2, 31017 kg/m3.
Ukuran ketumpatan
Telah ditunjukkan di atas bahawa mengikut formula, ketumpatan adalah sama dengan nisbah jisim kepada isipadu. Fakta ini membolehkan kita menentukan ciri yang ditentukan dengan hanya menimbang badan dan mengukur parameter geometrinya.
Jika bentuk badan sangat kompleks, maka kaedah universal untuk menentukan ketumpatan adalah penimbangan hidrostatik. Ia berdasarkan penggunaan kuasa Archimedean. Intipati kaedah adalah mudah. Tubuh mula-mula ditimbang di udara dan kemudian di dalam air. Perbezaan berat digunakan untuk mengira ketumpatan yang tidak diketahui. Untuk melakukan ini, gunakan formula berikut:
ρ=ρl P0 / (P0 - P l),
di mana P0, Pl - berat badan dalam udara dan cecair. Sehubungan itu, ρl ialah ketumpatan cecair.
Kaedah penimbangan hidrostatik untuk menentukan ketumpatan, menurut legenda, pertama kali digunakan oleh ahli falsafah dari SyracuseArchimedes. Dia dapat, tanpa melanggar integriti fizikal mahkota, untuk menentukan bahawa bukan sahaja emas, tetapi juga logam lain yang kurang tumpat digunakan untuk membuatnya.
