SI birimleri | - |
---|---|
Boyut | |
SI tabanı | |
Doğa | Yoğun skaler boyut |
Olağan sembol |
Yoğunluk ya da bir gövde yoğunluğu ya da bir gövde nispi yoğunluğu olan oranıdır yoğunluğu , bir referans olarak alınan bir vücut yoğunluğu vardır.
İçin sıvı ve katı madde , bir referans organıdır su saf 4 ° C .
Gaz veya buhar durumunda, gaz halindeki referans gövde aynı sıcaklıkta ve aynı basınç altında havadır .
Bir cismin yoğunluğu boyutsuz bir niceliktir ve değeri ölçü birimi olmadan ifade edilir .
Boyutsuz bir cismin yoğunluğu , bu miktarın dağılımını değerlendirmek için kullanılan, belirli bir fiziksel miktarın bir uzay elemanı (uzunluk, yüzey veya hacim) üzerindeki istatistiksel, boyutsal oranı olan bir miktarın yoğunluğu ile karıştırılmamalıdır , örneğin bir popülasyonun yüzey yoğunluğu , yüzey kütlesi , yüzey yükü , yüzey konsantrasyonu vb. için olduğu gibi.
Bir vücudun yoğunluk göründü eski bir fiziksel kavramdır XVII inci yüzyılın. Boyutsuz bir sayı ile ifade edilen bir cismin bu karakteristik niceliğinin ortak bir kullanımı vardır. Genellikle bilimsel veya ansiklopedik sözlüklerde tanımlanır.
Émile Littré'de olarak söylemek için, “hacmine bir gövdenin kütle oranı” olarak yoğunluğunu tanımlar yoğunluğu . Newton'un hayranı olan rasyonalist bilim adamı Laplace , 1810'da yoğunluğu yoğunluğun eşanlamlısı olarak kullandı. BIPM kendisi hala 1960 yılında, terimler yoğunluk ve yoğunluğu ilişkili.
Bununla birlikte, yoğunluğun doğrudan deneysel ölçümü her zaman referans olarak bir sıvı su kütlesi ile hidrostatik tartıma dayanır. Göreceli yoğunluğun bir ölçüsüdür. Deneysel olarak ölçülebilen tek büyüklük "bağıl yoğunluk" olduğundan, genellikle kısa "yoğunluk" formu tercih edilir. Littré'ye göre "yoğunluk" kelimesi, "göreli yoğunluk" teriminin modern ifadesidir, hala İngilizce'de kullanılan bir ifade ( göreli yoğunluk ). Yoğunluk, eski "mutlak yoğunluk" veya "yoğunluk" ( İngilizce'de yoğunluk , ima edilen mutlak yoğunluk ) ifadelerinin modern eşanlamlısı olmaya devam etmektedir .
Son olarak, boyutsuz bir cismin yoğunluğu, bir birim tarafından tanımlanan parçacık yoğunluğu ile karıştırılmamalıdır , çünkü bir miktarın bu son yoğunluğu, belirli bir popülasyonun kullanılan bir uzay öğesi (uzunluk, alan veya hacim) üzerindeki istatistiksel bir oranıdır. nüfus alanı yoğunluğu, yük yoğunluğu, molar konsantrasyon gibi bu popülasyonu saymak için.
Belirtilen yoğunluk şu şekilde ifade edilir:
burada bir yoğunluk olarak vücudun ve referans gövdesinin yoğunluğudur.
Aynı birimin iki ölçümü arasındaki oran olan yoğunluk, aynı boyuttaki iki miktarın oranıyla ifade edilir ve bu nedenle birimi yoktur.
Gazların yoğunluğu, havanın yoğunluğundan hesaplanır. Alınan referans değer, 0 ° C'de 760 mmHg veya 1.293 49 g basınç altında bir litre havanın kütlesidir .
Dolayısıyla bizde:
Bir gazın molar kütlesi M ile yoğunluğunu ilişkilendirmenin uygun bir yolu vardır . Gerçekten de, dikkate ideal gaz , çünkü:
ileBöylece sahibiz :
veyave:
ile aynı hava ve kabul gaz için kaldırıldı.Havanın bileşimi ve ilgili molar kütleler ( yaklaşık olarak % 78 azot ,% 21 dioksijen ve% 1 argon ) hesaba katıldığında, aşağıdakilerden birini göstermek kolaydır :
Örneğin, hidrojenin yoğunluğu ( = 2 g mol- 1 ) ya yaklaşık olarak.
Bu ilişkiden, bir gazın molar kütlesi ne kadar yüksekse, o kadar yoğun olduğu sonucu çıkar. Bu nedenle, karbondioksitin (CO 2) havadan daha yoğun (44/29 veya ~ 1.52) ve daha az yoğun gazlar dihidrojen ve helyum ( dihidrojen için yaklaşık 2/29 veya ~ 0.07 ve helyum için 4/29 ~ 0.14) olacaktır.
Oda sıcaklığında en yoğun gaz halindeki bileşik sülfür hekzaflorür , SF 6'dır.( d = 146/29 veya ~ 5.03).
Çoğu zaman, su , sıvıların ve katıların yoğunluğu için bir referans cisimciği olarak kullanılır . Bu durumda, yoğunluk su eşit alınır 1000 kg · m -3 (ya da 1 kg · dm -3 , veya 1 kg / l , ya da 1 g · cm -3 ). Bu, 3.98 ° C ve atmosferik basınçtaki suyun yoğunluğudur .
Yoğunluk şu hale gelir:
burada olarak gövdenin yoğunluğu ve su yoğunluğudur ( 1.000 kg · m -3 ).
Referans sıcaklık dışındaki sıcaklıklarda ölçülen değerleri düzeltmek için, ölçümlerin sıcaklığındaki malzemelerin yoğunluğunu hesaplamak için sıcaklığın bir fonksiyonu olarak su yoğunluğunun değişim eğrisini kullanmak gerekir.
Sıvılar için, doğru bir yoğunluk ölçümü piknometre kullanır .
Katı cismin bir sıvı cisme göre nispi yoğunluğu, katı cismin kütlesinin katı cisminki ile özdeş hacimdeki sıvı cismin kütlesine oranıdır. Üç tartım yaparak ve katıyı daldırarak bu bağıl yoğunluğu ölçelim. Ölçümler aynı basınç ve sıcaklık koşulları altında yapılmalıdır (genellikle normal koşullar : 76 cm cıva, 0 ° C ).
Katı bir gövde Cı 1 sert bir çubuk kullanarak bir denge plakaya bağlanmış halde olan t ait bilinmeyen kütle M t (Şekil A). Kütle m 1 ve cismin hacmi bilinmemektedir. Kütlesi bilinmeyen M T olan bir dara T terazinin diğer plakasına yerleştirilir. Denge iki ölçek bilinmeyen kütleleri gösterilir M 1 ve M 2 .
Denge kirişinin dengesi, gövdenin tutturulduğu plaka üzerine ( kirişin A ucunda ) yerleştirilen, M A kütlesi bilinen bir ağırlığın varlığı sayesinde sağlanır .
Kirişin A ucu seviyesinde uygulanan F A kuvveti şuna eşittir:
yerçekiminin ivmesi nerede .
Cesedi çözelim (şekil B). Denge kirişini yeniden dengelemek için, M A kütlesini tablo haline getirin ve onu bir kütle M B ile değiştirin . Kirişin A ucu seviyesinde uygulanan F A kuvveti şuna eşittir:
Harman denge pozisyonunu geri kazandığından , eşitlikler (A) ve (B) tarafından verilen F A kuvvetleri eşittir, dolayısıyla:
Bu nedenle cismin kütlesi m 1 şuna eşittir:
Gövde yine platformdan asılır (şekil C). Ancak bu sefer yoğunluklu bir sıvıya (prensipte damıtılmış su ) daldırılır . Dengeyi dengelemek için, kütle M B yatırılır ve yerine bir kütle M C yerleştirilir. Sıvı vücuda kuvvet uygular . Bu Arşimet hamlesi . Yönü dikey ve yönü yukarı doğru olan kuvvettir. Modülü eşittir .
Kirişin A ucu seviyesinde uygulanan F A kuvveti şuna eşittir:
Harman denge pozisyonunu geri kazandığından , eşitlikler (A) ve (E) tarafından verilen F A kuvvetleri eşittir, dolayısıyla:
Bu nedenle:
Arşimet'in itme katsayısı , sıvı bir cismin ağırlığı ile karşılaştırılabilir: Katı cisim tarafından yer değiştiren sıvının ağırlığı . Bu sıvı cismin adı olsun . Bu nedenle vücudun hacmi, yoğunluğu ve kütlesi sırasıyla şunlara eşittir:
(D) ve (H) eşitliklerini hesaba katarak, katı cismin göreceli yoğunluğunu sıvı cisme kıyasla belirleyebiliriz :
Yoğunluk, tatlı su ile ilgili olarak bir cismin kaldırma kuvvetini gösterebilir . Nitekim, bir gövdenin yoğunluğu bir metal vidada olduğu gibi 1'den büyükse (şekle bakın), söz konusu gövde suda batar. Tersine, bir mantar tıpada olduğu gibi bir cismin yoğunluğu 1'den az ise (şekle bakın), söz konusu cisim su üzerinde yüzer. Deniz suyunda veya tuzlu gradyan tuzlu solüsyonda bu rakamların ayarlanması gerekir.
Genellikle sıvı bir cisim soğuduğunda yoğunluğu artar ve katılaşma sıcaklığında maksimum hale gelir. Ayrıca katı cisim genellikle sıvı cisimden daha yoğundur. Su istisnalardan biridir: maksimum yoğunluğuna 0 ° C'de değil 3.98 ° C'de ulaşılır ve buz, sıvı sudan daha az yoğundur. Bu negatif termal genleşme , ılık su, çok soğuk su ve buzun 3.98 ° C'de suda yüzmesine izin verir .
Arasında daha az yoğun bir metal sıvı halde fazla katı halde, aşağıdakilerden söz edilebilir bizmut ve plütonyum . Bu , katılaşmaya eşlik eden şişme nedeniyle kalıplama sırasında önemli sorunlar ortaya çıkarır .
Ortak metaller | Sembol | Yoğunluk |
---|---|---|
Platin | Pt | 21.45 |
Altın | Şurada: | 19.3 |
Merkür | Hg | 13.56 |
Öncülük etmek | Pb | 11.35 |
Gümüş | Ag | 10.5 |
Bizmut | Bi | 9,82 |
Bakır | Cu | 8,96 |
Nikel | Veya | 8.27 |
Demir | Fe | 7.87 |
Teneke | Sn | 7.29 |
Çinko | Zn | 7.1 |
Titanyum | Ti | 4.4-4.5 |
Alüminyum | Al | 2.7 |
Magnezyum | Mg | 1.43 |
Sodyum | Yok | 0.97 |
Doğal durumda yüksek miktarda ağır metaller veya yoğun metaller içeren cevherler, topraktaki safsızlıklardan kütle etkisi veya ataletle, yani daha az sürüklenmeyle, bir su akışında kolayca ayrılabilir. eğik düzlem. Bu gravimetrik ayrımdır.
Daha hafif olan diğer cevherler, az ya da çok çalkalanmış banyolarda özel sabunlar ya da sürfaktanlar kullanılarak yüzer hale getirilebilir . Bunlar endüstriyel yüzdürme işlemleridir .
Tıp bilimlerinde yoğunluklar nadiren kullanılmaktadır. Bir referans kitapta, sadece kistik fibroz testinden elde edilen ter sıvısı ve seröz efüzyon sıvısı bulunur. Verilerin çoğu kütle veya molar konsantrasyonlarda ifade edilir.
İdrar, kan veya herhangi bir biyolojik sıvının "yoğunluğu" denen şeyin, yani sıvının yoğunluğu (g / L cinsinden ifade edilir ) sıkça görülür (yukarıda açıklanan Anglo-Sakson terminolojisiyle karışıklığın meyvesi ). Bu nedenle, laboratuar sonuçlarında okunabilen kan "yoğunluğu" 1000 (g / L) 'den büyüktür.