Mari kita pertimbangkan dalam artikel cara mencari ketumpatan, dan apakah itu. Dalam reka bentuk banyak struktur dan kenderaan, beberapa ciri fizikal diambil kira yang mesti ada pada bahan tertentu. Salah satunya ialah kepadatan.
Jisim dan isipadu
Huraikan maksud dua kuantiti fizik yang berkaitan secara langsung dengannya - ini ialah jisim dan isipadu. Sebelum kita menjawab soalan cara mencari ketumpatan.
Jisim ialah ciri yang menerangkan sifat inersia jasad dan keupayaannya untuk menunjukkan tarikan graviti antara satu sama lain. Jisim diukur dalam kilogram dalam sistem SI.
Konsep jisim inersia dan graviti mula-mula diperkenalkan ke dalam fizik oleh Isaac Newton apabila merumuskan undang-undang mekanik dan graviti universal.
Volume ialah ciri geometri badan secara eksklusif, yang secara kuantitatif mencerminkan bahagian ruang yang didudukinya. Isipadu diukur dalam unit padu panjang, contohnya, dalam SI ia adalah meter kubus.
Untuk badan yang diketahui bentuknya(parallelepiped, bola, piramid) nilai ini boleh ditentukan oleh formula khas, untuk objek bentuk geometri yang tidak sekata, isipadu ditentukan dengan membenamkannya dalam cecair.
Ketumpatan kuantiti fizikal
Kini anda boleh pergi terus ke jawapan kepada soalan tentang cara mencari ketumpatan. Ciri ini ditentukan oleh nisbah jisim badan kepada isipadu yang didudukinya, yang ditulis secara matematik seperti berikut:
ρ=m/V.
Kesamaan ini menunjukkan unit ρ (kg/m3). Oleh itu, ketumpatan, jisim dan isipadu dikaitkan dengan kesamaan tunggal, dan nilai ρ untuk sebarang bahan menunjukkan kepekatan isipadu jisimnya.
Mari berikan contoh mudah: jika anda mengambil plastik dan bola besi yang sama saiz di tangan anda, maka bola kedua akan mempunyai berat yang jauh lebih besar daripada yang pertama. Fakta ini disebabkan oleh ketumpatan besi yang tinggi berbanding dengan plastik.
Salah satu manifestasi utama nisbah kepadatan dalam alam semula jadi ialah daya apungan badan. Jika badan mempunyai ketumpatan yang lebih rendah daripada cecair, maka ia tidak akan tenggelam di dalamnya.
Ketumpatan bahan
Apabila bercakap tentang ketumpatan bahan tertentu, ia bermaksud pepejal. Gas dan cecair juga mempunyai ketumpatan tertentu, tetapi kami tidak akan membincangkannya di sini.
Bahan pepejal boleh sama ada berbentuk kristal atau amorf. Nilai ρ bergantung pada struktur, jarak interatomik, dan jisim atom dan molekul bahan. Sebagai contoh, semua logam adalah kristal, dan kaca atau kayu mempunyaistruktur amorfus. Di bawah ialah jadual ketumpatan pelbagai jenis kayu.
Sila ambil perhatian bahawa dalam kes ini ketumpatan purata diberikan. Dalam kehidupan sebenar, setiap pokok mempunyai ciri unik, termasuk lompang, liang dan kehadiran peratusan tertentu kelembapan dalam kayu.
Di bawah ialah jadual lain. Di dalamnya, dalam g/cm3ketumpatan semua unsur kimia tulen yang berada pada suhu bilik diberikan.
Dapat dilihat daripada jadual bahawa semua unsur mempunyai ketumpatan yang lebih besar daripada air. Pengecualian hanya tiga logam - litium, kalium dan natrium, yang tidak tenggelam, tetapi terapung di permukaan air.
Bagaimanakah ketumpatan diukur secara eksperimen?
Sebenarnya, terdapat dua teknik untuk menentukan ciri yang dikaji. Yang pertama ialah menimbang secara langsung badan dan mengukur dimensi linearnya.
Jika bentuk geometri badan adalah kompleks, maka kaedah yang dipanggil hidrostatik digunakan.
Intipatinya adalah seperti berikut: mula-mula timbang badan di udara. Mari kita andaikan bahawa berat yang terhasil ialah P1. Selepas itu, badan ditimbang dalam cecair dengan ketumpatan yang diketahui ρl. Biarkan berat badan dalam cecair P2. Maka nilai ketumpatan ρ bahan yang dikaji ialah:
ρ=ρlP1/(P1-P 2).
Formula ini boleh didapati oleh setiap pelajar sendiri jika dia menganggap undang-undang Archimedesuntuk kes yang diterangkan.
Secara sejarah, dipercayai untuk pertama kali penimbangan hidrostatik digunakan oleh ahli falsafah Yunani Archimedes untuk menentukan mahkota emas palsu. Imbangan hidrostatik pertama telah dicipta oleh Galileo Galilei pada akhir abad ke-16. Pada masa ini, piknometer elektronik dan meter ketumpatan digunakan secara meluas untuk menentukan secara eksperimen nilai ρ dalam cecair, pepejal dan gas.
Takrifan teori ketumpatan
Persoalan tentang cara mencari ketumpatan secara eksperimen telah dibincangkan di atas. Walau bagaimanapun, ρ bahan yang tidak diketahui ini boleh didapati secara teori. Untuk melakukan ini, adalah perlu untuk mengetahui jenis kekisi kristal, parameter kekisi ini, serta jisim atom yang membentuknya. Memandangkan mana-mana kekisi kristal asas mempunyai bentuk geometri tertentu, adalah mudah untuk mencari formula untuk menentukan isipadunya.
Jika bahan hablur terdiri daripada beberapa unsur kimia, seperti aloi logam, maka ketumpatan puratanya boleh ditentukan dengan formula mudah berikut:
ρ=∑mi/∑(mi/ρi).
Di mana mi, ρi ialah masing-masing jisim dan ketumpatan komponen ke-i.
Jika bahan tersebut mempunyai struktur amorf, maka secara teorinya ia tidak akan dapat menentukan ketumpatannya dengan tepat, dan teknik eksperimen mesti digunakan.
