Плотность вещества сущность и применение кратко

Привет, Вы узнаете о том , что такое плотность вещества, Разберем основные их виды и особенности использования. Еще будет много подробных примеров и описаний. Для того чтобы лучше понимать что такое плотность вещества , настоятельно рекомендую прочитать все из категории Введение в физику, основы.

плотность вещества — скалярная физическая величина, определяемая как отношение массы тела к занимаемому этим телом объему или как производная массы по объему:

.

Данные выражения не эквивалентны, и выбор зависит от того, какая именно плотность рассматривается. Различаются:

• средняя плотность тела — отношение массы тела к его объему . В однородном случае она называется просто плотностью тела;
• плотность вещества — плотность однородного тела, состоящего из этого вещества;
• плотность тела в точке — предел отношения массы малой части тела (), содержащей эту точку, к объему этой малой части (), когда объем стремится к нулю , или, кратко, . Так как на атомарном уровне любое тело неоднородно, при предельном переходе нужно остановиться на объеме, соответствующем используемой физической модели.

Для точечной массы плотность является бесконечной. Математически ее можно определить или как меру, или как производную Радона — Никодима по отношению к некоторой опорной мере.

Для обозначения плотности обычно используется греческая буква [ро] (происхождение обозначения подлежит уточнению), иногда используются латинские буквы D и d (от лат. densitas «плотность»). Исходя из определения плотности, ее размерность представляет собой кг/м³ в СИ и г/см³ в системе СГС.

Понятие «плотность» в физике может иметь более широкую трактовку. Существуют поверхностная плотность (отношение массы к площади) и линейная плотность (отношение массы к длине), применяемые соответственно к плоским (двумерным) и вытянутым (одномерным) объектам. Кроме того, говорят не только о плотности массы, но и о плотности других величин, например энергии, электрического заряда. В таких случаях к термину «плотность» добавляются конкретизирующие слова, скажем «линейная плотность заряда». «По умолчанию» под плотностью понимается вышеуказанная (трехмерная, кг/м3) плотность массы.

Здесь плотность играет решающую роль — чем она больше, тем больше тело будет погружаться. Плотность и твердость — разные понятия. Хороший пример этому вода и лед. У воды плотность больше чем у льда, поэтому он всплывает на ее поверхность, а не тонет.

Наглядный пример этому — простой эксперимент «Башня плотности». Он доступен для проведения в домашних условиях.

рис Башня плотности

Формула нахождения плотности

Плотность (плотность однородного тела или средняя плотность неоднородного) находится по формуле:

где M — масса тела, V — его объем; формула является просто математической записью определения термина «плотность», данного выше.

При вычислении плотности газов при стандартных условиях эта формула может быть записана и в виде:

где — молярная масса газа, — молярный объем (при стандартных условиях приближенно равен 22,4 л/моль).

Плотность тела в точке записывается как

тогда масса неоднородного тела (тела с плотностью, зависящей от координат) рассчитывается как

Случай сыпучих и пористых тел : Насыпная плотность

В случае сыпучих и пористых тел различают

• истинную плотность, определяемую без учета пустот;
• насыпную плотность, рассчитываемую как отношение массы вещества ко всему занимаемому им объему.

Истинную плотность из насыпной (кажущейся) получают с помощью величины коэффициента пористости — доли объема пустот в занимаемом объеме.

Зависимость плотности от температуры

Как правило, при уменьшении температуры плотность увеличивается, хотя встречаются вещества, чья плотность в определенном диапазоне температур ведет себя иначе, например, вода, бронза и чугун. Об этом говорит сайт https://intellect.icu . Так, плотность воды имеет максимальное значение при 4 °C и уменьшается как с повышением, так и с понижением температуры относительно этого значения.

При изменении агрегатного состояния плотность вещества меняется скачкообразно: плотность растет при переходе из газообразного состояния в жидкое и при затвердевании жидкости. Вода, кремний, висмут и некоторые другие вещества являются исключениями из данного правила, так как их плотность при затвердевании уменьшается.

Диапазон плотностей в природе

Для различных природных объектов плотность меняется в очень широком диапазоне.

• Самую низкую плотность имеет межгалактическая среда (2·10⁻³¹—5·10⁻³¹ кг/м³, без учета темной материи) .
• Плотность межзвездной среды приблизительно равна 10⁻²³—10⁻²¹ кг/м³.
• Средняя плотность красных гигантов в пределах их фотосфер много меньше, чем у Солнца — из-за того, что их радиус в сотни раз больше при сравнимой массе.
• Плотность газообразного водорода (самого легкого газа) при стандартных условиях равна 0,0899 кг/м³.
• Плотность сухого воздуха при стандартных условиях составляет 1,293 кг/м³.
• Один из самых тяжелых газов, гексафторид вольфрама, примерно в 10 раз тяжелее воздуха (12,9 кг/м³ при +20 °C)
• Жидкий водород при атмосферном давлении и температуре −253 °C имеет плотность 70 кг/м³.
• Плотность жидкого гелия при атмосферном давлении равна 130 кг/м³.
• Усредненная плотность тела человека от 940—990 кг/м³ при полном вдохе, до 1010—1070 кг/м³ при полном выдохе.
• Плотность пресной воды при 4 °C 1000 кг/м³.
• Средняя плотность Солнца в пределах фотосферы около 1410 кг/м³, примерно в 1,4 раза выше плотности воды.
• Гранит имеет плотность 2600 кг/м³.
• Средняя плотность Земли равна 5520 кг/м³.
• Плотность железа равна 7874 кг/м³.
• Плотность металлического урана 19100 кг/м³.
• Плотность золота 19320 кг/м³.
• Плотность нептуния — самого плотного актиноида — 20200 кг/м³.
• Самые плотные вещества при стандартных условиях — металлы платиновой группы шестого периода (осмий, иридий, платина), а также рений. Имеют плотность 21000—22700 кг/м³.
• Плотность атомных ядер приблизительно 2·10¹⁷ кг/м³.
• Теоретически верхняя граница плотности по современным физическим представлениям — это планковская плотность 5,1⋅10⁹⁶ кг/м³.

Плотности астрономических объектов

Средняя плотность небесных тел Солнечной
системы (в г/см³)

• Средние плотности небесных тел Солнечной системы см. на врезке.
• Межпланетная среда в Солнечной системе достаточно неоднородна и может меняться во времени, ее плотность в окрестностях Земли ~10⁻²¹÷10⁻²⁰ кг/м³.
• Плотность межзвездной среды ~10⁻²³÷10⁻²¹ кг/м³.
• Плотность межгалактической среды 2×10⁻³⁴÷5×10⁻³⁴ кг/м³.
• Средняя плотность красных гигантов на много порядков меньше из-за того, что их радиус в сотни раз больше, чем у Солнца.
• Плотность белых карликов 10⁸÷10¹² кг/м³
• Плотность нейтронных звезд имеет порядок 10¹⁷÷10¹⁸ кг/м³.
• Средняя (по объему под горизонтом событий) плотность черной дыры зависит от ее массы и выражается формулой:

Средняя плотность падает обратно пропорционально квадрату массы черной дыры (ρ~M⁻²). Так, если черная дыра с массой порядка солнечной обладает плотностью около 10¹⁹ кг/м³, превышающей ядерную плотность (2×10¹⁷ кг/м³), то сверхмассивная черная дыра с массой в 10⁹ солнечных масс (существование таких черных дыр предполагается в квазарах) обладает средней плотностью около 20 кг/м³, что существенно меньше плотности воды (1000 кг/м³).

Плотности некоторых газов

Для вычисления плотности произвольного идеального газа, находящегося в произвольных условиях, можно использовать формулу, выводящуюся из уравнения состояния идеального газа:

,

где:

• — давление,
• — молярная масса,
• — универсальная газовая постоянная, равная приблизительно 8,314 Дж/(моль·К)
• — термодинамическая температура.

Плотности некоторых жидкостей

Плотность некоторых пород древесины

Плотность некоторых металлов

Значения плотности металлов могут изменяться в весьма широких пределах: от наименьшего значения у лития, который легче воды, до наибольшего значения у осмия, который тяжелее золота и платины.

Измерение плотности

Для измерений плотности используются:

• Пикнометр — прибор для измерения истинной плотности
• Различные виды ареометров — измерители плотности жидкостей.
• Бурик Качинского и бур Зайдельмана — приборы для измерения плотности почвы.
• Вибрационный плотномер — прибор для измерения плотности жидкости и газа под давлением.

Применение плотности

определение вещества по массе и объему

1. С течением времени нефть перестает выжиматься из породы под весом вышележащих толщ. Тогда в работу вступает система ППД - поддержания пластового давления. Бурятся нагнетательные скважины, и в них закачивается вода под высоким давлением. Естественно, закачанная или пластовая вода рано или поздно попадет в добывающие скважины и будет подниматься наверх вместе с нефтью.

2. Сливки представляют собой большую часть содержащихся в молоке жиров. При отстаивании молока легкие жиры поднимаются на поверхность, раньше их можно было просто снять с парного молока, отстояв его в течение некоторого времени. В промышленных условиях такой продукт получают путем сепарирования.

3. В странах, где распространены малярийные комары, борются с их куколками, заливая места их обитания жидкими маслами. Личинкам необходим воздух. Но пробить даже тонкий слой масла своими дыхальцами они не могут. В итоге – резкое снижение их численности

Вау!! 😲 Ты еще не читал? Это зря!

• Список химических элементов с указанием их плотности
• Удельный вес
• Удельная плотность
• Относительная плотность
• Объемная плотность
• Конденсация
• Консистенция (лат. consistere — состоять) — состояние вещества, степень мягкости или плотности (твердости) чего-либо — полутвердых-полумягких веществ (масел, мыла, красок, строительных растворов и т. д.); наприм., глицерин имеет сиропообразную консистенцию.
• Консистометр — прибор для измерения в условных физических единицах консистенции различных коллоидных и желеобразных веществ, а также суспензий и грубодисперсных сред, к примеру, паст, линиментов, гелей, кремов, мазей.
• Концентрация частиц
• Концентрация растворов
• Плотность заряда
• Уравнение неразрывности

Исследование, описанное в статье про плотность вещества, подчеркивает ее значимость в современном мире. Надеюсь, что теперь ты понял что такое плотность вещества и для чего все это нужно, а если не понял, или есть замечания, то не стесняйся, пиши или спрашивай в комментариях, с удовольствием отвечу. Для того чтобы глубже понять настоятельно рекомендую изучить всю информацию из категории Введение в физику, основы