Існують різні види скалярної фізичної величини. Навколишні тіла складаються з речовин, маса кожного залежить від розміру, об’єму та інших критеріїв. Густина речовини показує чисельне вираження маси тіла в певному об’ємі.
Загальна характеристика
Кожен елемент займає індивідуальну величину. Густина може позначатися грецькою літерою ρ або D. Якщо об’єм двох тіл однаковий, а маси різні, тоді їх густина не ідентична.
Визначення та характеристики показника відомі з 7 класу шкільної програми хімії. Густина являє собою фізичну величину, що описує властивості речовини і є питомою вага будь-якого елемента.
Існує середня і відносна густина. Остання – це відношення густини (Г) речовини до Г еталонної речовини. Часто за еталон приймають дистильовану воду. Одиниця виміру густини – кг/м³ в інтернаціональній системі.
Формула знаходження густини:
P = m/V
Позначення:
- m – маса.
- V – об’єм.
Крім стандартної формули густини, застосовуваної для твердих станів речовин, є формула для газоподібних елементів в нормальних умовах.
ρ (газу) = M/Vm M
Розшифровка:
- М – молярна маса газу [г/моль].
- Vm – об’єм газу (в нормі 22,4 л/моль).
Для сипучих і пористих тіл розрізняють справжню густину, що обчислюється без урахування пустот, і питому густину, що розраховується як відношення маси речовини до всього об’єму.
Для сипучих тіл питома Г. називається насипною.
Низькі показники Г. має середовище між галактиками (1033 кг/м³).
Спосіб вимірювання:
- Пікнометр. Вимірює справжню Г.
- Ареометр, денсиметр, густиномір. Використовується для рідкого стану.
- Бурик. Вимірює Г. ґрунту.
Речовини складаються з молекулярних структур, маса тіла формується зі скупчення молекул. Аналогічно вага пакета з карамеллю складається з мас всіх цукерок в мішку. Якщо всі солодощі однакові, то масу упаковки визначають множенням ваги однієї цукерки на кількість штук.
Молекулярні частинки чистої речовини однакові, тому вага краплі води дорівнює добутку маси 1 молекули Н₂О на число складових молекул в краплі. Густина речовини показує, чому дорівнює маса одного кубічного метра.
Густина води – 1000 кг/м³, а маса 1 м³ Н₂О дорівнює 1000 кілограм. Це число можна обчислити, помноживши масу 1 молекули води на кількість молекулярних частинок, що містяться в 1 м³ об’єму.
П льоду становить 900 кг/м³, це означає, що вага кубічного метра льоду дорівнює 900 кг.
При рівнозначності фізичних мас двох тіл їх об’єми розрізняються. Наприклад, об’єм льоду в дев’ять разів більше об’єм бруска з металевого сплаву. Маса тіла розподіляється неоднаково, густина встановлює в кожній точці тіла.
Вплив факторів
Густина залежить від тиску і температури. При високому тиску молекули щільно прилягають один до одного, тому речовина володіє білощою густиною.
Якщо температура знижується, густина збільшується, хоча є речовини, густини яких при деяких умовах температурного режиму поводиться інакше, це:
- вода;
- бронза;
- чавун.
При фазовому переході, модифікатори агрегатного стану густини змінюється стрибками. Умови обчислення залежать від властивостей речовин, молекулярних елементів. Для різних природних об’єктів густина змінюється в широкому діапазоні.
Густина води нижче густини льоду через молекулярну структуру твердої форми рідини. Речовина, переходячи з рідкої у тверду форму, змінює молекулярну структуру, відстань між складовими частинками звужується і густина збільшується.
Взимку, якщо забути злити воду з труб, їх розриває на частини після замерзання. На густину Н₂О впливають домішки. У морської води густина вище, ніж у прісної. При з’єднанні в одній склянці двох типів рідини прісна залишиться на поверхні.
Коли густина речовини більше Г. води, вона повністю зануриться в воду. Предмети, зроблені з матеріалу за низькою Г., будуть плавати на поверхні води. На практиці ці властивості використовуються людиною. Споруджуючи судна, інженери-проектувальники застосовують матеріали з високою густиною. Кораблі, теплоходи, яхти зможуть затонути під час плавання, тому в корпусах суден створюють спеціальні порожнини, наповнені повітрям, адже його густина нижче Г. води.
Щоб наживка для риболовлі занурилася в воду, її обтяжують важким по густині матеріалом, наприклад, грузилом з металу (частіше свинцю), тому що густина сплаву вище, ніж у води.
Практичне застосування
Лава в парку або лазня за містом споруджені з деревини, підошва праски, сковорода виконані з металу, покришка колеса, велосипеда — з гуми. Кожен предмет має свою вагу.
Чорні діри Всесвіту становлять найбільшу густину рівну 1014 кг/м³. Найнижчий показник має область між Галактиками (2•10¯³¹-5•10¯³¹ кг/м³).
Таблиця густини речовин
| Речовина | Густина (кг/м³) |
| Сухе повітря | 1,293 |
| Метали | |
| Осмій | 22,61 |
| Родій | 12,41 |
| Іридій | 22,56 |
| Плутоній | 19,84 |
| Палладій | 12,02 |
| Свинець | 11,35 |
| Платина | 19,59 |
| Золото | 19,30 |
| Сталь | 7,8 |
| Алюміній | 2,7 |
| Мідь | 8,94 |
| Гази | |
| Азот | 1,25 |
| Аміак | 0,771 |
| Аргон | 1,784 |
| Рідкий водень | 70 |
| Гелій в рідкому стані | 130 |
| Водень | 0,09 |
| Водяна пара | 0,598 |
| Повітря | 1,293 |
| Хлор | 3,214 |
| О₂ | 1,429 |
| Вуглекислий газ | 1,977 |
| Інші речивини | |
| Тіло людини | На вдиху 940-990, при видохі – 1010-1070 |
| Прісна вода | 1000 |
| Сонце | 1410 |
| Граніт | 2600 |
| Земля | 5520 |
| Залізо | 7874 |
| Бензин | 710 |
| Керосин | 820 |
| Молоко | 1040 |
| Етанол | 789 |
| Ацетон | 792 |
| Морська вода | 1030 |
| Деревина | |
| Ялиця | 0,39 |
| Верба | 0,46 |
| Ель | 0,45 |
| Сосна | 0,52 |
| Дуб | 0,69 |
Густина металів змінюється від мінімального значення у літію, який легше Н₂О, до максимального значення у осмію, який важче дорогоцінних металів.
Способи розрахунку густини
У мережі Інтернет існує безліч додатків для онлайн-розрахунку густини речовин або матеріалів. У стандартні поля калькулятора вводиться основна інформація: маса, об’єм, одиниці виміру.
Густина обчислюється автоматично за заданими параметрами і виводиться на екран інтерфейсу. Можна перевести інформативні дані в потрібну одиницю виміру.
Спочатку вимірюють об’єм тіла, записуючи результат за цифровою шкалою (в сантиметрах або мілілітрах).
Обчислюючи об’єм дерев’яного бруска квадратної форми, параметр сторони зводиться в третю ступінь. Вимірюючи об’ємні характеристики, тіло ставлять на ваги і записують значення маси. Розраховуючи рідкий стан, враховують масу судини, куди поміщено досліджуване. У формулу підставляють дані і розраховують показник.
Оскільки густина вимірюється в кг/л або в г/см³, то іноді доводиться перераховувати одні величини в інші.
