Betrachten wir im Artikel, wie man die Dichte findet und was sie ist. Bei der Konstruktion vieler Strukturen und Fahrzeuge wird eine Reihe von physikalischen Eigenschaften berücksichtigt, die ein bestimmtes Material aufweisen muss. Einer davon ist die Dichte.
Masse und Volumen
Entschlüssele die Bedeutung von zwei physikalischen Größen, die direkt damit zusammenhängen - das ist Masse und Volumen. Bevor wir die Frage beantworten, wie man die Dichte findet.
Masse ist eine Eigenschaft, die die Trägheitseigenschaften von Körpern und ihre Fähigkeit beschreibt, Gravitationsanziehung zueinander zu zeigen. Die Masse wird im SI-System in Kilogramm gemessen.
Die Konzepte der Trägheits- und Gravitationsmassen wurden erstmals von Isaac Newton in die Physik eingeführt, als er die Gesetze der Mechanik und der universellen Gravitation formulierte.
Volumen ist ein ausschließlich geometrisches Merkmal des Körpers, das den von ihm eingenommenen Raumanteil quantitativ widerspiegelt. Das Volumen wird in Kubikeinheiten der Länge gemessen, im SI sind es beispielsweise Kubikmeter.
Für Körper mit bekannter Form(Parallelepiped, Kugel, Pyramide) Dieser Wert kann durch spezielle Formeln bestimmt werden, bei Objekten mit unregelmäßiger geometrischer Form wird das Volumen durch Eintauchen in eine Flüssigkeit bestimmt.
Dichte der physikalischen Größe
Jetzt kannst du direkt zur Antwort auf die Frage gehen, wie man die Dichte findet. Diese Eigenschaft wird durch das Verhältnis der Körpermasse zum eingenommenen Volumen bestimmt, das mathematisch wie folgt geschrieben wird:
ρ=m/V.
Diese Gleichheit zeigt die Einheiten von ρ (kg/m3). Somit sind Dichte, Masse und Volumen durch eine einzige Gleichheit verknüpft, und der Wert von ρ für jedes Material zeigt die Volumenkonzentration seiner Masse.
Nehmen wir ein einfaches Beispiel: Wenn Sie Plastik- und Eisenkugeln gleicher Größe in die Hand nehmen, dann hat die zweite viel mehr Gewicht als die erste. Diese Tatsache ist auf die hohe Dichte von Eisen im Vergleich zu Kunststoff zurückzuführen.
Eine der wichtigsten Manifestationen des Dichteverhältnisses in der Natur wird der Auftrieb von Körpern sein. Wenn der Körper eine geringere Dichte hat als die Flüssigkeit, dann wird er niemals darin versinken.
Materialdichte
Wenn über die Dichte bestimmter Materialien gesprochen wird, meinen sie Feststoffe. Auch Gase und Flüssigkeiten haben eine gewisse Dichte, aber davon reden wir hier nicht.
Feststoffe können entweder kristallin oder amorph sein. Der Wert von ρ hängt von der Struktur, den Atomabständen und den Atom- und Molekülmassen der Materialien ab. Zum Beispiel sind alle Metalle Kristalle und haben Glas oder Holzamorphe Struktur. Nachfolgend finden Sie eine Tabelle mit der Dichte verschiedener Holzarten.
Bitte beachten Sie, dass in diesem Fall die durchschnittliche Dichte angegeben wird. Im wirklichen Leben hat jeder Baum einzigartige Merkmale, einschließlich Hohlräume, Poren und das Vorhandensein eines bestimmten Prozentsatzes an Feuchtigkeit im Holz.
Unten ist eine weitere Tabelle. Darin sind in g/cm3 die Dichten aller reinen chemischen Elemente bei Raumtemperatur angegeben.
Aus der Tabelle ist ersichtlich, dass alle Elemente eine größere Dichte als Wasser haben. Die Ausnahme bilden nur drei Metalle - Lithium, Kalium und Natrium, die nicht absinken, sondern auf der Wasseroberfläche schwimmen.
Wie wird die Dichte experimentell gemessen?
Tatsächlich gibt es zwei Techniken zur Bestimmung des untersuchten Merkmals. Die erste besteht darin, den Körper direkt zu wiegen und seine linearen Abmessungen zu messen.
Wenn die geometrische Form des Körpers komplex ist, wird die sogenannte hydrostatische Methode verwendet.
Ihre Essenz ist wie folgt: Zuerst den Körper in der Luft wiegen. Nehmen wir an, das resultierende Gewicht wäre P1. Danach wird der Körper in einer Flüssigkeit bekannter Dichte ρl gewogen. Das Gewicht des Körpers in der Flüssigkeit sei P2. Dann ist der Wert der Dichte ρ des untersuchten Materials:
ρ=ρlP1/(P1-P 2).
Diese Formel kann jeder Schüler selbst erh alten, wenn er das Gesetz des Archimedes beachtetfür den beschriebenen Fall.
Historisch wird angenommen, dass der griechische Philosoph Archimedes zum ersten Mal hydrostatisches Wiegen verwendet hat, um die gefälschte Goldkrone zu bestimmen. Die ersten hydrostatischen Waagen wurden Ende des 16. Jahrhunderts von Galileo Galilei erfunden. Gegenwärtig werden elektronische Pyknometer und Dichtemessgeräte häufig verwendet, um den Wert von ρ in Flüssigkeiten, Feststoffen und Gasen experimentell zu bestimmen.
Theoretische Definition der Dichte
Die Frage, wie man die Dichte experimentell findet, wurde oben diskutiert. Dieses ρ eines unbekannten Materials kann jedoch theoretisch gefunden werden. Dazu ist es notwendig, die Art des Kristallgitters, die Parameter dieses Gitters sowie die Masse der Atome, aus denen es besteht, zu kennen. Da jedes elementare Kristallgitter eine bestimmte geometrische Form hat, ist es einfach, eine Formel zur Bestimmung seines Volumens zu finden.
Besteht ein kristallines Material aus mehreren chemischen Elementen, wie z. B. Metalllegierungen, dann kann seine mittlere Dichte durch die folgende einfache Formel bestimmt werden:
ρ=∑mi/∑(mi/ρi).
Wobei mi, ρi Masse und Dichte der i-ten Komponente sind.
Wenn das Material eine amorphe Struktur hat, ist es theoretisch nicht möglich, seine Dichte genau zu bestimmen, und es müssen experimentelle Techniken angewendet werden.
