Для чего нужна плотность

Плотность вещества — формулы и примеры вычислений величины

Из учебного курса химии и физики вспоминаются решения задач с использованием разных показателей.

Окружающие тела состоят из веществ, масса каждого зависит от размера, объема и других критериев.

Плотность вещества показывает численное выражение массы тела в определенном объеме.

Существуют разные виды скалярной физической величины.

Общая характеристика

Каждый элемент занимает индивидуальную величину. Определение плотности может обозначаться греческой буквой ρ, D или d. Если объемы двух тел одинаковы, а массы различны, тогда плотности не идентичны.

Основные понятия

Определения и характеристики показателя известны с 7 класса школьной программы химии. Плотность представляет собой физическую величину о свойствах вещества. Это удельный вес любого элемента. Существует средняя и относительная плотность. Последняя классификация — это отношение плотности (П) вещества к П эталонного вещества. Часто за эталон принимают дистиллированную воду. Единица измерения П- кг/м3 в интернациональной системе.

Формула нахождения плотности:

Обозначения:

Кроме стандартной формулы плотности, применяемой для твердых состояний веществ, имеется формула для газообразных элементов в нормальных условиях.

Расшифровка:

Для сыпучих и пористых тел различают истинную плотность, вычисляемую без учета пустот, и удельную плотность, рассчитываемую как отношение массы вещества ко всему объему. Истинную П получают через коэффициент пористости — доли объема пустот в занимаемом объеме. Для сыпучих тел удельная П называется насыпной.

Низкие показатели П имеет среда между Галактиками (1033 кг/м3).

Способы измерения:

Вещества состоят из молекулярных структур, масса тела формируется из скопления молекул. Аналогично вес пакета с карамелью складывается из масс всех конфет в мешке. Если все сладости одинаковые, то массу упаковки определяют умножением веса одной конфеты на количество штук.

Молекулярные частицы чистого вещества одинаковы, поэтому вес капли воды равен произведению массы 1 молекулы Н2О на число составляющих молекул в капле. Плотность вещества показывает, чему равна масса одного кубического метра.

Плотность воды — 1000 кг/м³, а масса 1 м³ Н2О равна 1000 килограмм. Это число можно вычислить, умножив массу 1 молекулы воды на количество молекулярных частиц, содержащихся в 1 м3 объема.

П льда составляет 900 кг/м³, это значит, что вес кубического метра льда равна 900 кг. Употребляют единицу измерения плотности г/см3.

При равнозначности физических масс двух тел их объемы различаются. Например, объём льда в девять раз больше объема бруска из металлического сплава. Масса тела распределяется неодинаково, устанавливает П в каждой точке тела.

Влияние факторов

П зависит от давления и температуры. При высоком давлении молекулы плотно прилегают друг к другу, поэтому вещество обладает значительной плотностью.

Зависимость показателей учитывается при расчете П. При повышении температуры П снижается из-за термического расширения, при котором объем вырастает, а масса остается прежней. Если температура снижается, П увеличивается, хотя имеются вещества, П которых при некоторых условиях температурного режима ведет себя иначе. Это вода, бронза, чугун. При фазовом переходе, модифицировании агрегатного состояния П меняется скачками. Условия вычисления зависят от свойств веществ, молекулярных элементов. Для разных природных объектов П изменяется в широком диапазоне.

П воды ниже П льда из-за молекулярной структуры твердой формы жидкости. Вещество, переходя из жидкой в твердую форму, изменяет молекулярную структуру, расстояние между составными частицами сужается и плотность увеличивается. Зимой, если забыть слить воду из труб, их разрывает на части после замерзания. На П Н2О влияют примеси. У морской воды знак П выше, чем у пресной. При соединении в одном стакане двух типов жидкости пресная останется на поверхности. Чем выше концентрация соли, тем больше П воды.

Когда плотность вещества больше П воды, оно полностью погрузится в воду. Предметы, сделанные из материала по низкой П, будут плавать на поверхности воды. На практике эти свойства используются человеком. Сооружая суда, инженеры-проектировщики применяют материалы с высокой П. Корабли, теплоходы, яхты смогут затонуть во время плавания, в корпусах суден создают специальные полости, наполненные воздухом, ведь его П ниже плотности воды.

Чтобы наживка для рыбалки погрузилась в воду, ее обременяют тяжелым по плотности материалом, например, грузиком из металла (чаще свинца). Плотность сплава выше, чем у Н2О.

Жирные пятна масла, нефти, бензина остаются на поверхности воды из-за низкой П маслянистых веществ.

Практическое применение

Из учебников химии и физики вычисляют уровень плотности по формуле. Но также это можно сделать, используя онлайн-систему.

Значение показателя

Окружающий мир состоит из разных веществ.

Скамейка в парке или баня за городом сооружены из древесины, подошва утюга, сковорода выполнены из металла, покрышка колеса, велосипеда — из резины. Каждый предмет имеет свой вес.

Черные дыры Вселенной составляют наибольшую плотность 1014 кг/м3. Самый низкий показатель имеет область между Галактиками (2•10−31—5•10−31 кг/м³).

Таблица плотности веществ

П металлов изменяется от минимального значения у лития, который легче Н2О, до максимального значения у осмия, который тяжелее драгоценных металлов.

Способы расчета и примеры

В сети Интернет существует множество приложений для онлайн-расчета плотности веществ или материалов. В стандартные поля калькулятора вводится основная информация: масса, объем, единицы измерения. Плотность вычисляется автоматически по заданным параметрам и выводится на экран интерфейса. Можно перевести информативные данные в нужную единицу измерения.

Без использования учебной информации показатель П можно определить через физические опыты. Для лабораторных изучений нужны весы, сантиметр, если исследуемое тело находится в твердом состоянии. Для жидкости необходима колба.

Сначала измеряют объем тела, записывая результат по цифровой шкале (в сантиметрах или миллилитрах).

Вычисляя объем деревянного бруска квадратной формы, параметр стороны возводится в третью степень. Измеряя объемные характеристики, тело ставят на весы и записывают значение массы. Рассчитывая жидкое состояние, учитывают массу сосуда, куда помещено исследуемое. В формулу подставляют данные и рассчитывают показатель.

Поскольку П измеряется в кг/л или в г/см³, то иногда приходится пересчитывать одни величины в другие.

Пример 1:

Пример 2:

Нужно перевести см 3 в кубические метры, а граммы — в килограммы.

Показатель имеет большое значение в разных сферах жизни и деятельности. Он определяется по таблице или высчитывается расчетным путем.

Источник

Плотность

Плотность — это интенсивность распределения одной величины по другой.

Термин объединяет несколько различных понятий, таких как: плотность вещества; оптическая плотность; плотность населения; плотность застройки; плотность огня и многие другие. Рассмотрим два понятия, касающихся неразрушающего контроля.

1. Плотность вещества.

В физике плотностью вещества называют массу этого вещества, содержащуюся в единице объёма при нормальных условиях. Тела одинакового объёма, изготовленные из различных веществ, обладают различной массой, что и характеризует их плотность. К примеру, два куба одинаковых размеров, изготовленные из чугуна и алюминия, будут отличаться весом и плотностью.

Чтобы вычислить плотность какого-либо тела, нужно точно определить его массу и разделить её на точный объём этого тела.

кг/м 3
— Единицы измерения
плотности в международной
системе единиц (СИ)

г/см 3
— Единицы измерения
плотности в системе СГС

Выведем формулу вычисления плотности.

Для примера определим плотность бетона. Возьмём бетонный кубик весом 2,3 кг со стороной 10 см. Подсчитаем объём кубика.

Подставляем данные в формулу.

Бетонный куб со стороной 10 см

График зависимости плотности воды от температуры

От чего зависит плотность вещества

Плотность вещества меняется и при изменении его агрегатного состояния. Она скачкообразно растёт при переходе вещества из газообразного в жидкое состояние, и далее — в твёрдое. Здесь также есть исключения: плотность воды, висмута, кремния и некоторых других веществ снижается при затвердевании.

Чем измеряется плотность вещества

Для измерения плотности различных веществ применяются специальные приборы и приспособления. Так, плотность жидкостей и концентрация растворов измеряется различными ареометрами. Несколько разновидностей пикнометров предназначены для измерения плотности твёрдых тел, жидкостей и газов.

Металлический пикнометр

2. Оптическая плотность.

В физике оптической плотностью называют способность прозрачных материалов поглощать свет, а непрозрачных — отражать его. Это понятие в большинстве случаев характеризует степень ослабления светового излучения при прохождении его через слои и плёнки различных веществ.

Оптическую плотность принято выражать десятичным логарифмом отношения падающего на объект потока излучения к потоку, прошедшему через объект или отражённому от него:

Оптическая плотность=логарифм (поток излучения, падающий на объект где D – оптическая плотность; F₀ – поток излучения, падающий на объект; F – поток излучения, прошедший через объект или отражённый от него).

В радиографическом методе контроля оптическая плотность является одним из основных параметров, определяющих пригодность снимков для их расшифровки. Допустимые значения этого параметра обусловлены требованиями ГОСТ 7512-82 (раздел 6 – расшифровка снимков).

Оптическая плотность измеряется в Беллах, сокращённое обозначение — «Б». Для измерения оптической плотности используется денситометр. Прибор сравнивает яркость негатоскопа и яркость точки на плёнке. По этим двум значениям прибор определяет оптическую плотность. Чем выше плотность, тем темнее изображение.

Денситометр ДП 5004

Источник

Плотность вещества

Статья находится на проверке у методистов Skysmart.
Если вы заметили ошибку, сообщите об этом в онлайн-чат
(в правом нижнем углу экрана).

Масса

Начнем с самого сложного — с массы. Казалось бы, это понятие мы слышим с самого детства, примерно знаем, сколько в нас килограмм, и ничего сложного здесь быть не может. На самом деле, все сложнее.

В Международном бюро мер и весов в Париже есть цилиндр массой один килограмм. Материал этого цилиндра — сплав иридия и платины. Его масса равна одному килограмму, и этот цилиндр — эталон для всего мира.

Высота этого цилиндра приблизительно равна 4 см, но чтобы его поднять, нужно приложить немалую силу. Необходимость эту силу прикладывать обуславливается инерцией тел и математически записывается через второй закон Ньютона.

Второй закон Ньютона

F = ma

В этом законе массу можно считать неким коэффициентом, который связывает ускорение и силу. Также масса важна при расчете силы тяготения. Она является мерой гравитации: именно благодаря ей тела притягиваются друг к другу.

Закон Всемирного тяготения

F = GMm/R2

M — масса первого тела (часто планеты) [кг]

m — масса второго тела [кг]

R — расстояние между телами [м]

G — гравитационная постоянная

G = 6.67 × 10-11 м3 кг-1 с-2

Когда мы встаем на весы, стрелка отклоняется. Это происходит потому, что масса Земли очень большая, и сила тяготения буквально придавливает нас к поверхности. На более легкой Луне человек весит меньше в шесть раз. Когда думаешь об этом, хочется взвешиваться исключительно на Луне🙃

Откуда берется масса

Физики убеждены, что у элементарных частиц должна быть масса. Доказано, что у электрона, например, масса есть. В противном случае они не могли бы образовать атомы и всю видимую материю.

Вселенная без массы представляла бы собой хаос из различных излучений, двигающихся со скоростью света. Не существовало бы ни галактик, ни звезд, ни планет. Здорово, что это не так, и у элементарных частиц есть масса. Только вот пока непонятно, откуда эта масса у них берется.

Мужчину на этой фотографии зовут Питер Хиггс. Ему мы обязаны за предположение, экспериментально доказанное в 2012 году, что массу всех частиц создает некий бозон.

Бозон Хиггса невозможно представить. Это точно не частица в форме шарика, как обычно рисуют электрон в учебнике. Представьте, что вы бежите по песку. Бежать ощутимо сложно, как будто бы увеличилась масса. Частицы пробираются в поле Хиггса и получают таким образом массу.

Объем тела

Объем — это физическая величина, которая показывает, сколько пространства занимает тело. Это важный навык — уметь объемы соотносить. Например, чтобы посчитать, сколько пластиковых шариков помещается в гигантский бассейн.

Например, чтобы рассчитать объем прямоугольного параллелепипеда, нам нужно перемножить три его параметра.

Формула объема параллелепипеда

V = a*b*c

А для цилиндра будет справедлива такая формула:

Формула объема цилиндра

V = S*h

S — площадь основания [м^2]

Плотность вещества

Плотность — скалярная физическая величина. Определяется как отношение массы тела к занимаемому этим телом объёму.

Формула плотности вещества

р — плотность вещества [кг/м^3]

m — масса вещества [кг]

V — объем вещества [м^3]

Плотность зависит от температуры, агрегатного состояния вещества и внешнего давления. Обычно если давление увеличивается, то молекулы вещества утрамбовываются плотнее — следовательно, плотность больше. А рост температуры, как правило, приводит к увеличению расстояний между молекулами вещества — плотность понижается.

Ниже представлены значения плотностей для разных веществ. В дальнейшем это поможет при решении задач.

Источник

Урок по теме Плотность вещества

Тема урока: Плотность вещества

Тип урока: Изучение нового материала

Методы обучения: объяснительно-иллюстративный, проблемный, исследовательский, практический.

познакомиться с физической величиной – плотность, выяснить физический смысл плотности (определение, формула, классифицирующий признак, единицы измерения, способы измерения).

Сформировать представление о плотности вещества как о величине, численно равной отношению единицы массы к единице объёма,

формирование ключевых компетенций учащихся: анализировать, обобщать, делать самостоятельные выводы,

развивать интерес к физике как к науке о природе, рассмотреть применение плотности в жизни человека.

Оборудование: демонстрационные рычажные весы, тела равного объема (шарики или цилиндры металлический, деревянный, пластмассовый) но различной плотности, карточки с тестовым заданием, таблицы плотностей веществ; на каждой парте: весы ученические лабораторные, два тела равного объёма, два тела равной массы, карточки с заданиями, ЭОР

Демонстрация: взвешивание тел равного объема, но различной массы, равой массы но различного объема.

1. Актуализация знаний

Здравствуйте, ребята! Я очень рада видеть вас сегодня на уроке.

1. Из чего состоят все вещества?

2. В каких агрегатных состояниях может находиться вещество?
3.Чем отличаются агрегатные состояния друг от друга?
4. Как определить объем тела правильной формы; неправильной формы?
5.Какими способами можно определить массу тела?
6. Что тяжелее атом или молекула?

7. «Что тяжелее, килограмм ваты или килограмм золота?» (золото) А если эти вещества взять одинакового объёма? Что тогда покажут весы? А вы задумывались почему?

2. Демонстрация опыта (постановка проблемы). Исследование

Проведём небольшое исследование (к демонстрационному столу приглашается один ученик, он проводит небольшое исследование на демонстрационном столе, остальные ребята – самостоятельно, за своими партами): перед вами два шарика (диаметры шариков равные), – определите объёмы тел (т.к. учащиеся ещё не знают формулу нахождения объёма шара, они оценивают объёмы шариков по равенству их диаметров или с помощью нитки определяют длину окружности экватора шариков и говорят, что объемы шариков одинаковые).

При помощи весов сравните массы тел, сделайте вывод. (вывод: так как шарики изготовлены из металла и пластмассы, тела, имеющие равные объёмы, но изготовленные из разных веществ, имеют разные массы. Результаты эксперимента записывают в тетрадь V1 = V2; тела изготовлены из разных веществ: m1 m, то есть на единицу объема стального шара приходится большая масса, а на единицу объема пластмассового приходится меньшая масса).

Для продолжения нашего исследования проделаем опыт: возьмем два цилиндра (опыт за демонстрационным столом выполняется следующим учащимся, остальные ребята – на своих рабочих местах): перед вами два цилиндра, вы легко узнаёте материалы, из которых они выполнены – дерево и латунь. Сравнивая диаметры (диаметры цилиндров равные) и высоту цилиндров (деревянный выше), они оценивают объёмы тел: V1 V2.

При помощи весов сравните массы цилиндров и, сделайте выводы (вывод: тела, имеющие равные массы, изготовленные из разных веществ, имеют разные объёмы. Результаты эксперимента записывают в тетрадь: m1 = m2; тела изготовлены из разных веществ: V1 V2)

— Как вы думаете, чем это можно объяснить? (Разные вещества имеют разную плотность)

2. Формулирование темы и целей урока

— Сформулируйте тему урока.

— Какие стоят цели перед нами? Чему нужно научиться?

— Как вы думаете зачем нужно изучать плотность?

Плотность показывает, чему равна масса вещества, взятого в объёме 1м3 (или 1 см3). Как же найти плотность вещества?

4. Изучение нового материала (работа с учебником и ЭОР)

— Давайте посмотрим. Чему равна масса различных веществ одинакового объёма.

— Рассчитаем массу льда для 1 м3 на доске и в тетради.

— Отношение m/V как своеобразный параметр вещества, или его характеристика. Этой характеристике вещества и дали название «плотность вещества».

— Какие действия вы провели, чтобы определить массу 1 м3 для льда? (массу разделить на объем)

И так, чтобы найти плотность вещества, необходимо массу вещества разделить на его объём:

! Физическая величина, численно равная массе вещества в единице объёма, называется плотностью данного вещества. (обучающиеся записывают в тетрадь составляя опорный конспект)

— Можно ли измерять плотность кроме в

— Чаще применяется . В СИ.

— Преобразуем значение плотности, выраженное в в (образец есть в учебнике)

— Что означает эта величина?

— Что за вещество имеет данную плотность? – учёные экспериментально рассчитали плотности веществ и создали таблицы, которые назвали «Плотности веществ», в нашем учебнике – стр. 50. Таблица плотностей – первая таблица значений физических величин, с которой вы знакомитесь.

— Вещество, о котором говорилось выше – медь.

-Как практически можно определить плотность? (весы – массу, мензурка – объем жидкости, для определения объема твердых тел правильной формы есть математические формулы, например, V = abc, V=a3)

Сообщение ученика о таблицах плотностей.

Мы уже знаем, что существует тепловое расширение тел – при изменениях температуры объём тела меняется. Например, при 0°С масса 1 м3 воздуха равна 1,3 кг, а при 100°С из-за расширения воздуха в одном кубометре помещается лишь 950 г воздуха. Поэтому в таблицах плотностей всегда указано, что плотности измерены при определённой температуре.

Плотность всех веществ зависит также от внешнего давления. Например, на высоте 10 км атмосферное давление значительно меньше, чем вблизи поверхности Земли, в результате чего масса 1 м3 воздуха составляет там всего около 400 граммов.
Плотность твёрдых веществ и жидкостей в меньшей степени зависит от внешнего давления, чем газов. Тем не менее в 1933 году Д.Бассету удалось сжать метровый столб воды до 65 см. Для этого ему пришлось воспользоваться специальным прессом, чтобы создать давление в 25000 раз больше, чем атмосферное.

В правой колонке таблицы плотностей твёрдых веществ собраны металлы. Как видите, плотность этих металлов составляет несколько тысяч килограммов на кубический метр. Например, свинец – 11300 кг/м3. Это значение будет выглядеть короче, если его выразить в других единицах, например, так – 11,3 г/см3.

В нижней таблице приведены плотности газов и сжиженных газов (сжижения газов добиваются, сильно их сжимая и понижая температуру). Обратите внимание, как значительно отличается плотность газа и получающейся из него жидкости: воздух, азот и кислород уплотняются приблизительно в 700 раз, водород и гелий – в 800 раз. Исключение: углекислый газ при охлаждении при атмосферном давлении из газообразного состояния превращается сразу в твёрдое, поэтому в таблице вы видите прочерк.

— Образец задачи на расчет плотности записать в тетрадь и прокомментировать.

— Теперь вы можете ответить на вопрос зачем нужно изучать плотность веществ?

В строительстве применяют материалы с малой плотностью (стекловолокно, полиуретан), позволяющие сохранить тепло в домах зимой и оградить их от перегрева летом. В г. Снежинске выпускают пенопласт, обладающий кроме этого звукоизоляционными свойствами. В г. Кыштыме изготавливают пенобетон.

В машиностроении заменяют алюминий и сталь в корпусах самолетов и ракет на более легкий и прочный титан, позволяющий экономить горючее и перевозить больше груза.

В сельском хозяйстве знание плотности почвы необходимо для ее правильного использования.

В экологии при разливе нефти (загрязнение морей и океанов) применяют специальные вещества, плотность которых больше плотности нефти и воды. Они обволакивают пятно и опускают его на дно.

5. Первичное закрепление (раздаточные карточки работа в группах)

1. Что означает запись

2. Чему равна плотность: а) воздуха, если 1м3 его имеет массу 1,29 кг?
б) воды, если 1 л её имеет массу 1 кг?

3. Определите объём: а) 7800 кг стали; б) 19,3 г золота.

4. Лёд, вода, водяной пар – одно и тоже вещество, но в разных агрегатных состояниях. Одинаковы ли плотности льда, воды, водяного пара? (Ребята работают с таблицей в учебнике «Плотности веществ»). Как вы думаете, почему плотности льда, воды и водяного пара различны?

5. Вопросы: (обучающиеся сначала выполняют задания в парах, затем проверяют себя совместно с учителем, один комментирует другие слушаю и корректирую ответ, при этом на интерактивной доске появляется правильный ответ).

Какая физическая величина позволяет сравнивать различные вещества по их массе?

Что она показывает?

Размеры брусков, изображенных на рисунке равны. Какой из них имеет наибольшую массу, а какой наименьшую? Что вы сделали, чтобы ответить на этот вопрос?

Как можно определить плотность вещества?

Посмотрите в таблице плотности жидкостей и запишите их массу:

В одну из мензурок налито машинное масло, а в другую – вода. Массы жидкостей одинаковы. Воспользуйтесь таблицами плотностей и определите какая жидкость налита в мензурке № 2?

В таблице вашего учебника указано, что плотность серебра равна 10 500 кг/м3. На бирке изделия из серебра указано значение 10,5 г/см3. Не ли здесь каких-либо противоречий? Докажите.

Плотность водорода в газообразном состоянии равна 0,09 кг/м3, а в жидком 69 кг/м3, в твердом 80 кг/м3. В чем причина такого изменения плотности?

Главным компонентом орской яшмы (полезное ископаемое нашей Оренбургской области) является тонкозернистый кварц, содержание которого достигает 90 %. Специалисты утверждают, что удивительный камень имеет до 360 разнообразных цветов, тонов и оттенков. Вычислите плотность кварца, если имеется камешек массой 2,6 кг и объемом 0,001 м3.

6. Подведение итогов и домашнее задание

— Прочтите памятку «Интересно знать что …». Что запомнилось вам самого важного из урока?

Оцените свою деятельность на уроке, используя клише:

Дети поднимают соответствующий кружок.

Все понял на уроке, настроение отличное

Что-то не понял, настроение нормальное

Много чего не понял, настроение плохое.

Чеботарева А.В. Дидактические карточки-задания 7 класс, к учебнику А.В. Перышкина 7 класс, М.: Издательство «Экзамен», 2010 г.

Источник

• Популярная книга Круть доступна для чтения прямо сейчас на нашем сайте boochi.ru. Скачать книгу в формате FB2, TXT, PDF, EPUB бесплатно без регистрации. →