วิธีหาสูตรความหนาแน่นเฉลี่ย ความหนาแน่นวัดได้อย่างไร?

ความหนาแน่นมักเรียกว่าปริมาณทางกายภาพที่กำหนดอัตราส่วนของมวลของวัตถุ สสาร หรือของเหลวต่อปริมาตรที่วัตถุนั้นครอบครองในอวกาศ เรามาคุยกันว่าความหนาแน่นคืออะไร ความหนาแน่นของร่างกายและสารต่างกันอย่างไร และวิธี (ใช้สูตรอะไร) ในการค้นหาความหนาแน่นในฟิสิกส์

ประเภทของความหนาแน่น

ควรชี้แจงว่าความหนาแน่นสามารถแบ่งได้หลายประเภท

ขึ้นอยู่กับวัตถุที่กำลังศึกษา:

• ความหนาแน่นของร่างกาย - สำหรับวัตถุที่เป็นเนื้อเดียวกัน - คืออัตราส่วนโดยตรงของมวลของร่างกายต่อปริมาตรที่อยู่ในอวกาศ
• ความหนาแน่นของสารคือความหนาแน่นของร่างกายที่ประกอบด้วยสารนี้ ความหนาแน่นของสารคงที่ มีตารางพิเศษที่แสดงความหนาแน่นของสารต่างๆ ตัวอย่างเช่น ความหนาแน่นของอะลูมิเนียมคือ 2.7 * 103 กก./ลบ.ม. เมื่อทราบความหนาแน่นของอะลูมิเนียมและมวลของตัวอะลูมิเนียมที่ประกอบขึ้น เราสามารถคำนวณปริมาตรของตัวอะลูมิเนียมนี้ได้ หรือเมื่อรู้ว่าร่างกายประกอบด้วยอะลูมิเนียมและรู้ปริมาตรของวัตถุนี้ เราก็สามารถคำนวณมวลของมันได้อย่างง่ายดาย เราจะดูวิธีค้นหาปริมาณเหล่านี้ในภายหลังเมื่อเราได้สูตรคำนวณความหนาแน่น
• หากร่างกายประกอบด้วยสารหลายชนิด เพื่อตรวจสอบความหนาแน่น จำเป็นต้องคำนวณความหนาแน่นของส่วนต่างๆ ของสารแต่ละชนิดแยกกัน ความหนาแน่นนี้เรียกว่าความหนาแน่นเฉลี่ยของร่างกาย

ขึ้นอยู่กับความพรุนของสารที่ร่างกายประกอบ:

• ความหนาแน่นที่แท้จริงคือความหนาแน่นที่คำนวณโดยไม่คำนึงถึงช่องว่างในร่างกาย
• ความถ่วงจำเพาะหรือความหนาแน่นปรากฏคือความถ่วงจำเพาะที่คำนวณโดยคำนึงถึงช่องว่างของร่างกายที่ประกอบด้วยสารที่มีรูพรุนหรือเป็นชิ้นๆ

แล้วจะหาความหนาแน่นได้อย่างไร?

สูตรคำนวณความหนาแน่น

สูตรช่วยหาความหนาแน่นของร่างกายมีดังนี้

• p = m / V โดยที่ p คือความหนาแน่นของสาร m คือมวลของร่างกาย V คือปริมาตรของร่างกายในอวกาศ

หากเราคำนวณความหนาแน่นของก๊าซใดๆ สูตรจะมีลักษณะดังนี้:

• p = M / V m p - ความหนาแน่นของก๊าซ, M - มวลโมลาร์ของก๊าซ, V m - ปริมาตรโมล ซึ่งภายใต้สภาวะปกติคือ 22.4 ลิตร/โมล

ตัวอย่าง: มวลของสารคือ 15 กิโลกรัม มีพื้นที่ 5 ลิตร ความหนาแน่นของสารเป็นเท่าใด?

วิธีแก้ไข: แทนที่ค่าลงในสูตร

• p = 15 / 5 = 3 (กก./ลิตร)

ตอบ ความหนาแน่นของสาร 3 กิโลกรัม/ลิตร

หน่วยความหนาแน่น

นอกจากจะรู้วิธีหาความหนาแน่นของร่างกายและสสารแล้ว คุณยังต้องรู้หน่วยวัดความหนาแน่นด้วย

• สำหรับของแข็ง - กก./ลบ.ม. 3, กรัม/ซม.3
• สำหรับของเหลว - 1 ก./ลิตร หรือ 10 3 กก./ลบ.ม
• สำหรับก๊าซ - 1 ก./ลิตร หรือ 10 3 กก./ลบ.ม

คุณสามารถอ่านเพิ่มเติมเกี่ยวกับหน่วยความหนาแน่นได้ในบทความของเรา

วิธีค้นหาความหนาแน่นที่บ้าน

หากต้องการค้นหาความหนาแน่นของร่างกายหรือสารต่างๆ ที่บ้าน คุณจะต้องมีสิ่งต่อไปนี้

1. เครื่องชั่ง;
2. เซนติเมตรหากร่างกายแข็งแรง
3. ภาชนะถ้าคุณต้องการวัดความหนาแน่นของของเหลว

หากต้องการค้นหาความหนาแน่นของร่างกายที่บ้าน คุณต้องวัดปริมาตรโดยใช้หน่วยเซนติเมตรหรือภาชนะ จากนั้นจึงวางร่างกายไว้บนตาชั่ง หากคุณกำลังวัดความหนาแน่นของของเหลว อย่าลืมลบมวลของภาชนะที่คุณเทของเหลวลงไปก่อนที่จะคำนวณ การคำนวณความหนาแน่นของก๊าซที่บ้านนั้นยากกว่ามากเราขอแนะนำให้ใช้ตารางสำเร็จรูปที่ระบุความหนาแน่นของก๊าซต่างๆแล้ว

คุณสมบัติการก่อสร้างและการปฏิบัติงานของวัสดุก่อสร้างทั้งหมดสามารถแบ่งออกเป็นหลายกลุ่ม มาแสดงรายการกัน:

• คุณสมบัติทางกายภาพ
• อุณหฟิสิกส์;
• อุทกฟิสิกส์;
• เคมี;
• เครื่องกล

ก่อนอื่นเรามาพูดถึงคุณสมบัติทางกายภาพพื้นฐานของวัสดุกันก่อน

แน่นอนว่าคุณสมบัติทางกายภาพที่สำคัญที่สุดประการหนึ่งคือความหนาแน่นซึ่งอาจเป็นจริงและเป็นค่าเฉลี่ยได้

ความหนาแน่นที่แท้จริงหมายถึงอัตราส่วนของมวลของวัสดุที่มีความหนาแน่นสมบูรณ์ (นั่นคือ วัสดุที่ไม่มีช่องว่างซึ่งปกติแล้วจะอยู่ในสภาพปกติและเป็นธรรมชาติ) ต่อปริมาตร การคำนวณความหนาแน่นของวัสดุ(แน่นอนว่าเรากำลังพูดถึงความหนาแน่นที่แท้จริง) เกิดขึ้นตามสูตรต่อไปนี้:

โดยที่ m คือมวลของวัสดุ (วัดเป็นกรัม) Va คือปริมาตรในสภาวะที่มีความหนาแน่นสูงมาก (วัดเป็น cm3) และ ρ คือความหนาแน่นที่แท้จริง (วัดเป็น g/cm3)

ค่าความหนาแน่นที่แท้จริงแสดงให้เห็นว่าสารที่อยู่ใต้วัสดุนั้นมีน้ำหนักหรือเบาเพียงใด เป็นที่น่าสังเกตว่าการคำนวณความหนาแน่นของวัสดุในตัวเลือกนี้เป็นเพียงลักษณะเสริมเท่านั้น พวกเขาใช้อุปกรณ์พิเศษเพื่อตรวจสอบ– เครื่องวัดระดับเสียง (ชื่ออื่นคืออุปกรณ์ของ Le Chatelier) โดยพื้นฐานแล้วมันคือกระบอกตวงซึ่งน้ำหรือของเหลวอื่นใดที่ไม่ทำปฏิกิริยาทางเคมีกับวัสดุที่กำลังวิเคราะห์ถูกเทลงในนั้น มันทำงานดังนี้: ในระหว่างกระบวนการวิจัย วัสดุจะถูกบดละเอียดมาก จากนั้นชั่งน้ำหนักแล้วเทลงในอุปกรณ์ ในขณะเดียวกันก็รับข้อมูลเกี่ยวกับปริมาตรเนื่องจากของเหลวที่ถูกแทนที่ จากนั้นใช้สูตรข้างต้นเพื่อคำนวณความหนาแน่นของวัสดุโดยตรง

ความหนาแน่นที่แท้จริงของวัสดุก่อสร้างอาจแตกต่างกันอย่างมีนัยสำคัญ: ตัวอย่างเช่น สำหรับเหล็กคือ 7.85 g/cm3 สำหรับหินแกรนิต – 2.9 g/cm3 สำหรับไม้ – 1.6 g/cm3 (ค่านี้เป็นค่าเฉลี่ยและขึ้นอยู่กับวัสดุที่ใช้)

ความหนาแน่นประเภทที่สอง (ความหนาแน่นเฉลี่ยของวัสดุก่อสร้าง) หมายถึงมวลของหน่วยปริมาตรของวัสดุในรูปแบบธรรมชาติ (เช่นร่วมกับช่องว่าง - รูขุมขนและรอยแตก)

ความหนาแน่นเฉลี่ยถูกกำหนดอย่างไร? สูตรในการพิจารณาคือ:

โดยที่ ρm คือความหนาแน่นเฉลี่ย m คือมวลของวัสดุ Ve คือปริมาตรของวัสดุในรูปแบบธรรมชาติ

ปริมาตรของวัสดุถูกกำหนดได้หลายวิธี ขึ้นอยู่กับรูปร่างของตัวอย่างหรือผลิตภัณฑ์ ค่าความหนาแน่นเฉลี่ยจะแปรผันอีกครั้งในช่วงที่มีนัยสำคัญ: ตั้งแต่ 10-20 กก./ลบ.ม. (โพลีสไตรีนขยายตัว) ถึง 2500 ก./ซม.3 (คอนกรีตหนัก) โดยหลักการแล้วจะมีวัสดุที่มีความหนาแน่นเฉลี่ยสูงกว่า

ความหนาแน่นเฉลี่ยของวัสดุก่อสร้างขึ้นอยู่กับปัจจัยต่อไปนี้:

• ความพรุนของวัสดุ: หากความพรุนเป็นศูนย์ความหนาแน่นเฉลี่ยจะเท่ากับความหนาแน่นที่แท้จริงและหากความพรุนเพิ่มขึ้นความหนาแน่นเฉลี่ยจะลดลง (ความสัมพันธ์ผกผัน)
• เกี่ยวกับปริมาณความชื้นของวัสดุ: ยิ่งความหนาแน่นเฉลี่ยสูงเท่าไรก็ยิ่งมีน้ำในวัสดุก่อสร้างมากขึ้นเท่านั้น (จากนี้การคำนวณความหนาแน่นของวัสดุจะเกิดขึ้นเมื่อแห้งสนิท)

คุณสมบัติทางกายภาพหลายประการของวัสดุก่อสร้าง (เช่น ความแข็งแรง การนำความร้อน การดูดซึมน้ำ) สามารถกำหนดได้อย่างแม่นยำโดยพิจารณาจากค่าความหนาแน่นเฉลี่ย

อธิบาย คุณสมบัติทางกายภาพพื้นฐานของวัสดุเราไม่สามารถพลาดที่จะพูดถึงความพรุนซึ่งแสดงให้เห็นว่าปริมาตรของวัสดุเต็มไปด้วยช่องว่างในรูปแบบของรูขุมขนและรอยแตก คำนวณ ความพรุนของวัสดุก่อสร้างสามารถทำได้โดยใช้สูตรต่อไปนี้:

โดยที่ P คือความพรุน (%), Vpore คือปริมาตรของรูพรุนในวัสดุที่กำลังศึกษา Ve คือปริมาตรของตัวอย่างวัสดุในรูปแบบธรรมชาติ

ความพรุนของวัสดุก่อสร้างคำนวณโดยใช้สูตรอื่นด้วย

ความพรุนของวัสดุที่ใช้ในการก่อสร้างแตกต่างกันไปในช่วงกว้างพอสมควร ตัวอย่างเช่นสำหรับแก้วโพลีเมอร์และโลหะคือ 0% สำหรับหินแกรนิตคือ 0.2-0.8% และสำหรับพลาสเตอร์ฉนวนความร้อนความพรุนสามารถเข้าถึง 75%

วัสดุก่อสร้างมีความพรุนแบบเปิดและปิด พวกเขาแตกต่างกันตรงที่ในกรณีแรกรูขุมขนเปิดและสื่อสารกับสิ่งแวดล้อมและในกรณีที่สองรูขุมขนจะปิด ตามกฎแล้ววัสดุชนิดเดียวกันจะมีรูพรุนสองประเภทในคราวเดียว - ทั้งแบบปิดและแบบเปิด ความพรุนมีผลกระทบอย่างมากต่อบางส่วน คุณสมบัติด้านประสิทธิภาพของวัสดุก่อสร้าง: ตัวอย่างเช่น ในวัสดุดูดซับเสียง เพื่อปรับปรุงการดูดซับเสียง จึงมีการสร้างรูพรุนแบบเปิดเป็นพิเศษและพื้นผิวมีรูพรุน

คุณสมบัติทางกายภาพพื้นฐานของวัสดุไม่ได้จำกัดอยู่ที่ความหนาแน่นและความพรุน - ยังมีแนวคิดเช่น "ความว่างเปล่า"ซึ่งใช้เมื่อพูดถึงผลิตภัณฑ์ที่สร้างขึ้นเป็นพิเศษโดยมีช่องว่างภายใน (ช่องว่างดังกล่าวมีอยู่ในอิฐเซรามิก) สำหรับคำจำกัดความ ค่าความว่างเปล่าจะระบุถึงระดับที่ปริมาตรของผลิตภัณฑ์ที่เป็นปัญหาเต็มไปด้วยช่องว่าง

การศึกษาความหนาแน่นของสารเริ่มต้นในหลักสูตรฟิสิกส์ระดับมัธยมศึกษาตอนปลาย แนวคิดนี้ถือเป็นพื้นฐานในการนำเสนอพื้นฐานของทฤษฎีจลน์ศาสตร์โมเลกุลในหลักสูตรฟิสิกส์และเคมีเพิ่มเติม วัตถุประสงค์ของการศึกษาโครงสร้างของสสารและวิธีการวิจัยถือได้ว่าเป็นการก่อตัวของแนวคิดทางวิทยาศาสตร์เกี่ยวกับโลก

ฟิสิกส์ให้แนวคิดเบื้องต้นเกี่ยวกับภาพรวมของโลก ชั้นประถมศึกษาปีที่ 7 ศึกษาความหนาแน่นของสสารตามแนวคิดที่ง่ายที่สุดเกี่ยวกับวิธีการวิจัย การประยุกต์แนวคิดและสูตรทางกายภาพในทางปฏิบัติ

วิธีการวิจัยทางกายภาพ

ดังที่ทราบกันดีว่าการสังเกตและการทดลองนั้นแตกต่างกันในวิธีการศึกษาปรากฏการณ์ทางธรรมชาติ พวกเขาสอนวิธีสังเกตปรากฏการณ์ทางธรรมชาติในโรงเรียนประถมศึกษา โดยวัดแบบง่ายๆ และมักจะเก็บ "ปฏิทินธรรมชาติ" ไว้ รูปแบบการเรียนรู้เหล่านี้สามารถนำพาเด็กไปสู่ความจำเป็นในการศึกษาโลก เปรียบเทียบปรากฏการณ์ที่สังเกตได้ และระบุความสัมพันธ์ระหว่างเหตุและผล

อย่างไรก็ตาม มีเพียงการทดลองที่ดำเนินการอย่างเต็มรูปแบบเท่านั้นที่จะให้เครื่องมือแก่นักวิจัยรุ่นเยาว์ในการเปิดเผยความลับของธรรมชาติ การพัฒนาทักษะการทดลองและการวิจัยจะดำเนินการในชั้นเรียนภาคปฏิบัติและระหว่างการทำงานในห้องปฏิบัติการ

การทำการทดลองในหลักสูตรฟิสิกส์เริ่มต้นด้วยคำจำกัดความของปริมาณทางกายภาพ เช่น ความยาว พื้นที่ ปริมาตร ในกรณีนี้ มีการสร้างการเชื่อมโยงระหว่างคณิตศาสตร์ (ค่อนข้างเป็นนามธรรมสำหรับเด็ก) และความรู้ทางกายภาพ การดึงดูดประสบการณ์ของเด็กและการพิจารณาข้อเท็จจริงที่เขารู้มาเป็นเวลานานจากมุมมองทางวิทยาศาสตร์มีส่วนช่วยในการพัฒนาความสามารถที่จำเป็นในตัวเขา เป้าหมายของการเรียนรู้ในกรณีนี้คือความปรารถนาที่จะเข้าใจสิ่งใหม่อย่างอิสระ

การศึกษาความหนาแน่น

ตามวิธีการสอนที่เน้นปัญหาเป็นหลัก ในตอนต้นของบทเรียนคุณสามารถถามปริศนาที่รู้จักกันดี: "อะไรหนักกว่า: ปุยหนึ่งกิโลกรัมหรือเหล็กหล่อหนึ่งกิโลกรัม" แน่นอนว่าเด็กอายุ 11-12 ปีสามารถตอบคำถามที่พวกเขารู้ได้อย่างง่ายดาย แต่เมื่อพิจารณาถึงแก่นแท้ของปัญหา ความสามารถในการเปิดเผยลักษณะเฉพาะของมัน นำไปสู่แนวคิดเรื่องความหนาแน่น

ความหนาแน่นของสารคือมวลต่อหน่วยปริมาตร ตารางซึ่งโดยปกติจะให้ไว้ในตำราเรียนหรือสิ่งพิมพ์อ้างอิง ช่วยให้คุณสามารถประเมินความแตกต่างระหว่างสารต่างๆ รวมถึงสถานะโดยรวมของสารได้ การบ่งชี้ความแตกต่างในคุณสมบัติทางกายภาพของของแข็ง ของเหลว และก๊าซที่กล่าวถึงก่อนหน้านี้ คำอธิบายความแตกต่างนี้ไม่เพียงแต่ในโครงสร้างและการจัดเรียงสัมพัทธ์ของอนุภาคเท่านั้น แต่ยังรวมถึงการแสดงออกทางคณิตศาสตร์ของคุณลักษณะของสสารด้วย ของฟิสิกส์ไปอีกระดับหนึ่ง

ตารางความหนาแน่นของสารช่วยให้คุณสามารถรวบรวมความรู้เกี่ยวกับความหมายทางกายภาพของแนวคิดที่กำลังศึกษาได้ เด็กตอบคำถาม: "ความหนาแน่นของสารบางชนิดหมายถึงอะไร" เข้าใจว่านี่คือมวล 1 ซม. 3 (หรือ 1 ม. 3) ของสาร

ประเด็นเรื่องหน่วยความหนาแน่นสามารถหยิบยกขึ้นมาได้แล้วในขั้นตอนนี้ จำเป็นต้องพิจารณาวิธีการแปลงหน่วยการวัดในระบบอ้างอิงต่างๆ ทำให้สามารถกำจัดการคิดแบบคงที่และยอมรับระบบการคำนวณอื่นในเรื่องอื่นได้

การกำหนดความหนาแน่น

โดยธรรมชาติแล้ว การศึกษาฟิสิกส์จะไม่สมบูรณ์หากปราศจากการแก้ปัญหา ในขั้นตอนนี้จะมีการแนะนำสูตรการคำนวณ ในวิชาฟิสิกส์ชั้นประถมศึกษาปีที่ 7 นี่อาจเป็นความสัมพันธ์ทางกายภาพครั้งแรกของปริมาณสำหรับเด็ก ความสนใจเป็นพิเศษไม่เพียงเกิดจากการศึกษาแนวคิดเรื่องความหนาแน่นเท่านั้น แต่ยังเนื่องมาจากความจริงของวิธีการสอนในการแก้ปัญหาด้วย

ในขั้นตอนนี้เองที่มีการวางอัลกอริทึมสำหรับการแก้ปัญหาการคำนวณทางกายภาพ อุดมการณ์ในการใช้สูตรพื้นฐาน คำจำกัดความ และกฎหมาย ครูพยายามสอนการวิเคราะห์ปัญหา วิธีการค้นหาสิ่งที่ไม่รู้ และลักษณะเฉพาะของการใช้หน่วยการวัดโดยใช้ความสัมพันธ์ดังกล่าวเป็นสูตรความหนาแน่นในวิชาฟิสิกส์

ตัวอย่างการแก้ปัญหา

ตัวอย่างที่ 1

ตรวจสอบว่าลูกบาศก์ประกอบด้วยสารใดที่มีมวล 540 กรัมและมีปริมาตร 0.2 dm 3

ร -? m = 540 ก., V = 0.2 dm 3 = 200 ซม. 3

การวิเคราะห์

จากคำถามของปัญหา เราเข้าใจว่าตารางความหนาแน่นของของแข็งจะช่วยเราระบุวัสดุที่ใช้สร้างลูกบาศก์

ดังนั้นเราจึงกำหนดความหนาแน่นของสาร ในตาราง ค่านี้กำหนดเป็น g/cm3 ดังนั้นปริมาตรจาก dm3 จะถูกแปลงเป็น cm3

สารละลาย

ตามคำจำกัดความ: ρ = m: V.

เราได้รับ: ปริมาตร, มวล ความหนาแน่นของสารสามารถคำนวณได้:

ρ = 540 กรัม: 200 ซม. 3 = 2.7 กรัม/ซม. 3 ซึ่งสอดคล้องกับอะลูมิเนียม

คำตอบ: ลูกบาศก์ทำจากอลูมิเนียม

การหาปริมาณอื่นๆ

การใช้สูตรคำนวณความหนาแน่นช่วยให้คุณสามารถกำหนดปริมาณทางกายภาพอื่นๆ ได้ มวล ปริมาตร ขนาดเชิงเส้นของวัตถุที่เกี่ยวข้องกับปริมาตรนั้นคำนวณได้ง่ายในปัญหา ความรู้เกี่ยวกับสูตรทางคณิตศาสตร์ในการกำหนดพื้นที่และปริมาตรของรูปทรงเรขาคณิตถูกนำมาใช้ในปัญหาซึ่งช่วยอธิบายความจำเป็นในการศึกษาคณิตศาสตร์

ตัวอย่างที่ 2

กำหนดความหนาของชั้นทองแดงที่เคลือบส่วนที่มีพื้นที่ผิว 500 ซม. 2 หากทราบว่าใช้ทองแดง 5 กรัมในการเคลือบ

ชม - ? S = 500 ซม. 2, ม. = 5 ก., ρ = 8.92 ก./ซม. 3

การวิเคราะห์

ตารางความหนาแน่นของสารช่วยให้คุณกำหนดความหนาแน่นของทองแดงได้

ลองใช้สูตรคำนวณความหนาแน่นกัน สูตรนี้ประกอบด้วยปริมาตรของสารซึ่งสามารถกำหนดขนาดเชิงเส้นได้

สารละลาย

ตามคำจำกัดความ: ρ = m: V แต่สูตรนี้ไม่มีค่าที่ต้องการดังนั้นเราจึงใช้:

เมื่อแทนสูตรหลักเราจะได้: ρ = m: Sh โดยที่:

ลองคำนวณดู: h = 5 กรัม: (500 ซม. 2 x 8.92 ก./ซม. 3) = 0.0011 ซม. = 11 ไมครอน

คำตอบ: ความหนาของชั้นทองแดง 11 ไมครอน

การหาค่าความหนาแน่นเชิงทดลอง

ลักษณะการทดลองของวิทยาศาสตร์กายภาพแสดงให้เห็นผ่านการทดลองในห้องปฏิบัติการ ในขั้นตอนนี้จะได้รับทักษะในการทำการทดลองและการอธิบายผลลัพธ์

งานภาคปฏิบัติเพื่อกำหนดความหนาแน่นของสารประกอบด้วย:

• การกำหนดความหนาแน่นของของเหลว ในขั้นตอนนี้ เด็กที่เคยใช้กระบอกตวงมาก่อนสามารถระบุความหนาแน่นของของเหลวได้อย่างง่ายดายโดยใช้สูตร
• การหาความหนาแน่นของวัตถุแข็งที่มีรูปร่างสม่ำเสมอ งานนี้ไม่ต้องสงสัยเลยเนื่องจากปัญหาการคำนวณที่คล้ายกันได้ได้รับการพิจารณาแล้วและได้รับประสบการณ์ในการวัดปริมาตรโดยใช้มิติเชิงเส้นของวัตถุ
• การหาความหนาแน่นของของแข็งที่มีรูปร่างไม่ปกติ เมื่อดำเนินการนี้ เราจะใช้วิธีการกำหนดปริมาตรของวัตถุที่มีรูปร่างผิดปกติโดยใช้บีกเกอร์ ควรระลึกถึงคุณสมบัติของวิธีนี้อีกครั้ง: ความสามารถของของแข็งในการแทนที่ของเหลวซึ่งมีปริมาตรเท่ากับปริมาตรของร่างกาย จากนั้นปัญหาจะได้รับการแก้ไขด้วยวิธีมาตรฐาน

งานขั้นสูง

คุณสามารถทำให้งานซับซ้อนขึ้นได้โดยขอให้เด็ก ๆ ระบุสารที่ใช้สร้างร่างกาย ตารางความหนาแน่นของสารที่ใช้ในกรณีนี้ช่วยให้เราสามารถดึงความสนใจไปที่ความต้องการความสามารถในการทำงานกับข้อมูลอ้างอิง

เมื่อแก้ไขปัญหาการทดลองนักเรียนจะต้องมีความรู้จำนวนที่จำเป็นในด้านการใช้งานและการแปลงหน่วยการวัด ซึ่งมักเป็นสาเหตุให้เกิดข้อผิดพลาดและการละเว้นจำนวนมากที่สุด บางทีควรจัดสรรเวลาให้มากขึ้นสำหรับการเรียนฟิสิกส์ในขั้นตอนนี้ ซึ่งจะช่วยให้คุณเปรียบเทียบความรู้และประสบการณ์การวิจัยได้

ความหนาแน่นเป็นกลุ่ม

แน่นอนว่าการศึกษาเรื่องสารบริสุทธิ์นั้นน่าสนใจ แต่จะพบสารบริสุทธิ์ได้บ่อยแค่ไหน? ในชีวิตประจำวันเราต้องเผชิญกับสารผสมและโลหะผสม จะทำอย่างไรในกรณีนี้? แนวคิดเรื่องความหนาแน่นรวมจะป้องกันไม่ให้นักเรียนเกิดข้อผิดพลาดทั่วไปในการใช้ความหนาแน่นเฉลี่ยของสาร

จำเป็นอย่างยิ่งที่จะต้องชี้แจงปัญหานี้เพื่อให้โอกาสในการมองเห็นและรู้สึกถึงความแตกต่างระหว่างความหนาแน่นของสารและความหนาแน่นรวมนั้นคุ้มค่าในระยะแรก การทำความเข้าใจความแตกต่างนี้เป็นสิ่งจำเป็นในการศึกษาฟิสิกส์เพิ่มเติม

ความแตกต่างนี้น่าสนใจอย่างยิ่งในกรณีของการอนุญาตให้เด็กศึกษาความหนาแน่นรวม โดยขึ้นอยู่กับการบดอัดของวัสดุและขนาดของอนุภาคแต่ละชนิด (กรวด ทราย ฯลฯ) ในระหว่างกิจกรรมการวิจัยเบื้องต้น

ความหนาแน่นสัมพัทธ์ของสาร

การเปรียบเทียบคุณสมบัติของสารต่างๆ ค่อนข้างน่าสนใจโดยพิจารณาจากความหนาแน่นสัมพัทธ์ของสารซึ่งเป็นหนึ่งในปริมาณดังกล่าว

โดยปกติแล้วความหนาแน่นสัมพัทธ์ของสารจะพิจารณาจากน้ำกลั่น เนื่องจากอัตราส่วนของความหนาแน่นของสารที่กำหนดต่อความหนาแน่นของสารมาตรฐาน ค่านี้จึงถูกกำหนดโดยใช้พิคโนมิเตอร์ แต่ข้อมูลนี้ไม่ได้ใช้ในหลักสูตรวิทยาศาสตร์ของโรงเรียน แต่เป็นข้อมูลที่น่าสนใจสำหรับการศึกษาเชิงลึก (ส่วนใหญ่มักจะเป็นทางเลือก)

การศึกษาฟิสิกส์และเคมีในระดับโอลิมปิกอาจเกี่ยวข้องกับแนวคิดเรื่อง "ความหนาแน่นสัมพัทธ์ของสสารที่เกี่ยวข้องกับไฮโดรเจน" มักใช้กับก๊าซ ในการหาความหนาแน่นสัมพัทธ์ของก๊าซ ให้ค้นหาอัตราส่วนของมวลโมลาร์ของก๊าซที่ศึกษาต่อการใช้งาน

คำแนะนำ

เมื่อรู้ค่าสองค่าข้างต้นแล้ว คุณก็สามารถเขียนสูตรคำนวณความหนาแน่นได้ สาร: ความหนาแน่น = มวล / ปริมาตร จึงได้ค่าที่ต้องการ ตัวอย่าง. เป็นที่ทราบกันว่าน้ำแข็งลอยที่มีปริมาตร 2 ลูกบาศก์เมตร มีน้ำหนัก 1,800 กิโลกรัม ค้นหาความหนาแน่นของน้ำแข็ง วิธีแก้ปัญหา: ความหนาแน่นคือ 1,800 กิโลกรัม/2 เมตรยกกำลัง 3 ผลลัพธ์คือ 900 กิโลกรัมหารด้วยลูกบาศก์เมตร บางครั้งคุณต้องแปลงหน่วยความหนาแน่นให้กันและกัน เพื่อไม่ให้สับสน คุณควรจำไว้ว่า 1 กรัม/ลูกบาศก์เซนติเมตร เท่ากับ 1,000 กิโลกรัม/ลูกบาศก์เมตร ตัวอย่าง: 5.6 กรัม/ลูกบาศก์เซนติเมตร เท่ากับ 5.6*1000 = 5600 กิโลกรัม/ลูกบาศก์เมตร

น้ำก็เหมือนกับของเหลวอื่นๆ ไม่สามารถชั่งน้ำหนักบนตาชั่งได้เสมอไป แต่หาคำตอบ มวลอาจจำเป็นทั้งในบางอุตสาหกรรมและในสถานการณ์ปกติในชีวิตประจำวันตั้งแต่การคำนวณถังจนถึงการตัดสินใจปริมาณสำรอง น้ำคุณสามารถนำติดตัวไปด้วยในเรือคายัคหรือเรือยาง เพื่อที่จะคำนวณ มวล น้ำหรือของเหลวใดๆ ที่อยู่ในปริมาตรใดปริมาตรหนึ่ง ก่อนอื่นคุณต้องทราบความหนาแน่นของของเหลวนั้นก่อน

คุณจะต้อง

• อุปกรณ์วัด
• ไม้บรรทัด สายวัด หรืออุปกรณ์วัดอื่น ๆ
• ภาชนะสำหรับใส่น้ำ

คำแนะนำ

หากคุณต้องการคำนวณ มวล น้ำในภาชนะขนาดเล็กสามารถทำได้โดยใช้ตาชั่งธรรมดา ขั้นแรกให้ชั่งน้ำหนักภาชนะด้วย จากนั้นเทน้ำลงในภาชนะอื่น หลังจากนั้นให้ชั่งน้ำหนักภาชนะเปล่า ลบออกจากภาชนะเต็ม มวลว่างเปล่า. ซึ่งจะบรรจุอยู่ในเรือ น้ำ- วิธีนี้คุณสามารถ มวลไม่เพียงแต่เป็นของเหลวเท่านั้น แต่ยังรวมถึงปริมาณมากด้วยหากสามารถเทลงในภาชนะอื่นได้ บางครั้งวิธีการนี้ยังสามารถพบเห็นได้ในบางร้านที่ไม่มีอุปกรณ์ ขั้นแรกผู้ขายจะชั่งน้ำหนักขวดหรือขวดเปล่า จากนั้นเติมครีมเปรี้ยว ชั่งน้ำหนักอีกครั้ง กำหนดน้ำหนักของครีมเปรี้ยว และหลังจากนั้นจะคำนวณต้นทุนเท่านั้น

เพื่อที่จะกำหนด มวล น้ำในภาชนะที่ไม่สามารถชั่งน้ำหนักได้ คุณจำเป็นต้องรู้พารามิเตอร์สองตัว - น้ำ(หรือของเหลวอื่นใด) และปริมาตรของภาชนะ ความหนาแน่น น้ำคือ 1 กรัม/มิลลิลิตร ความหนาแน่นของของเหลวอื่นสามารถพบได้ในตารางพิเศษซึ่งมักพบในหนังสืออ้างอิง

หากไม่มีถ้วยตวงที่คุณสามารถเทน้ำได้ ให้คำนวณปริมาตรของภาชนะที่น้ำนั้นวางอยู่ ปริมาตรจะเท่ากับผลคูณของพื้นที่ฐานและความสูงเสมอและมักจะไม่มีปัญหากับภาชนะที่มีรูปร่างคงที่ ปริมาณ น้ำในโถจะเท่ากับพื้นที่ฐานกลมโดยความสูงที่เติมน้ำไว้ โดยคูณความหนาแน่น? ต่อปริมาตร น้ำวีคุณจะได้รับ มวล น้ำม: ม=?*V.

วิดีโอในหัวข้อ

โปรดทราบ

คุณสามารถระบุมวลได้โดยการรู้ปริมาณน้ำและมวลโมลของน้ำ มวลโมลาร์ของน้ำคือ 18 เนื่องจากประกอบด้วยมวลโมลาร์ของไฮโดรเจน 2 อะตอมและออกซิเจน 1 อะตอม MH2O = 2MH+MO=2 1+16=18 (กรัม/โมล) m=n*M โดยที่ m คือมวลของน้ำ n คือปริมาณ M คือมวลโมลาร์

สารทั้งหมดมีความหนาแน่นที่แน่นอน คำนวณความหนาแน่นขึ้นอยู่กับปริมาตรที่ถูกครอบครองและมวลที่กำหนด พบได้จากข้อมูลการทดลองและการแปลงตัวเลข นอกจากนี้ ความหนาแน่นยังขึ้นอยู่กับปัจจัยหลายประการ ซึ่งทำให้ค่าคงที่เปลี่ยนแปลงไป

คำแนะนำ

ลองจินตนาการว่าคุณได้รับภาชนะที่เต็มไปด้วยน้ำ ปัญหานี้จำเป็นต้องค้นหาความหนาแน่นของน้ำโดยไม่ทราบมวลหรือปริมาตร ในการคำนวณความหนาแน่น จะต้องพบพารามิเตอร์ทั้งสองในการทดลอง เริ่มต้นด้วยการกำหนดมวล
นำเรือมาวางบนเครื่องชั่ง จากนั้นเทน้ำออกแล้ววางภาชนะในระดับเดิมอีกครั้ง เปรียบเทียบผลการวัดและรับสูตรในการหามวลน้ำ:
mob.- mс.=mв. โดยที่ mob. - มวลของเรือที่มีน้ำ (มวลรวม), mс - มวลของเรือที่ไม่มีน้ำ
สิ่งที่สองที่คุณต้องค้นหาคือน้ำ เทน้ำลงในภาชนะตวง จากนั้นใช้มาตราส่วนเพื่อกำหนดปริมาตรน้ำที่บรรจุอยู่ในภาชนะ หลังจากนี้ ให้ใช้สูตรหาความหนาแน่นของน้ำ:
ρ=ม./วี
การทดลองนี้สามารถระบุความหนาแน่นของน้ำได้โดยประมาณเท่านั้น อย่างไรก็ตามภายใต้อิทธิพลของปัจจัยบางประการก็สามารถทำได้ ทำความคุ้นเคยกับปัจจัยที่สำคัญที่สุดเหล่านี้

ที่อุณหภูมิของน้ำ t=4 °C น้ำมีความหนาแน่น ρ=1,000 กก./ม.^3 หรือ 1 กรัม/ซม.^3 เมื่อมันเปลี่ยนแปลง ความหนาแน่นก็เปลี่ยนไปด้วย นอกจากนี้ปัจจัยที่ส่งผลต่อความหนาแน่น

รูปที่ 1 ตารางความหนาแน่นของสารบางชนิด Author24 - แลกเปลี่ยนผลงานนักศึกษาออนไลน์

ร่างกายทั้งหมดในโลกรอบตัวเรามีขนาดและปริมาตรต่างกัน แต่ถึงแม้จะมีข้อมูลปริมาตรเท่ากัน แต่มวลของสารก็จะแตกต่างกันอย่างมีนัยสำคัญ ในวิชาฟิสิกส์ ปรากฏการณ์นี้เรียกว่าความหนาแน่นของสสาร

ความหนาแน่นเป็นแนวคิดพื้นฐานทางกายภาพที่ให้แนวคิดเกี่ยวกับลักษณะของสารที่รู้จัก.

คำจำกัดความ 1

ความหนาแน่นของสารคือปริมาณทางกายภาพที่แสดงมวลของสารบางชนิดต่อหน่วยปริมาตร

หน่วยปริมาตรในแง่ของความหนาแน่นของสารมักจะเป็นลูกบาศก์เมตรหรือลูกบาศก์เซนติเมตร การกำหนดความหนาแน่นของสารทำได้โดยใช้อุปกรณ์และอุปกรณ์พิเศษ

ในการกำหนดความหนาแน่นของสาร จำเป็นต้องแบ่งมวลของร่างกายด้วยปริมาตรของมันเอง เมื่อคำนวณความหนาแน่นของสารจะใช้ค่าต่อไปนี้:

น้ำหนักตัว ($m$); ปริมาตรของร่างกาย ($V$); ความหนาแน่นของร่างกาย ($ρ$)

หมายเหตุ 1

$ρ$ เป็นตัวอักษรของอักษรกรีก "rho" และไม่ควรสับสนกับชื่อที่คล้ายกันสำหรับความกดดัน - $p$ ("peh")

สูตรความหนาแน่นของสาร

ความหนาแน่นของสารคำนวณโดยใช้ระบบการวัด SI ในนั้นหน่วยความหนาแน่นจะแสดงเป็นกิโลกรัมต่อลูกบาศก์เมตรหรือกรัมต่อลูกบาศก์เซนติเมตร คุณยังสามารถใช้ระบบการวัดใดก็ได้

สารมีระดับความหนาแน่นต่างกันหากอยู่ในสถานะการรวมตัวต่างกัน กล่าวอีกนัยหนึ่ง ความหนาแน่นของสารในสถานะของแข็งจะแตกต่างจากความหนาแน่นของสารเดียวกันในสถานะของเหลวหรือก๊าซ ตัวอย่างเช่น น้ำมีความหนาแน่นในสถานะของเหลวปกติ 1,000 กิโลกรัมต่อลูกบาศก์เมตร ในสถานะเยือกแข็ง น้ำ (น้ำแข็ง) จะมีความหนาแน่นอยู่แล้ว 900 กิโลกรัมต่อลูกบาศก์เมตร ไอน้ำที่ความดันบรรยากาศปกติและอุณหภูมิใกล้ศูนย์องศาจะมีความหนาแน่น 590 กิโลกรัมต่อลูกบาศก์เมตร

สูตรมาตรฐานสำหรับความหนาแน่นของสารมีดังนี้:

นอกจากสูตรมาตรฐานที่ใช้เฉพาะกับของแข็งแล้ว ยังมีสูตรสำหรับก๊าซภายใต้สภาวะปกติอีกด้วย:

$ρ = M / Vm$ โดยที่:

• $M$ คือมวลโมลของก๊าซ
• $Vm$ คือปริมาตรโมลของก๊าซ

ของแข็งมีสองประเภท:

• มีรูพรุน;
• เป็นกลุ่ม

หมายเหตุ 2

ลักษณะทางกายภาพส่งผลโดยตรงต่อความหนาแน่นของสาร

ความหนาแน่นของร่างกายที่เป็นเนื้อเดียวกัน

คำจำกัดความ 2

ความหนาแน่นของวัตถุที่เป็นเนื้อเดียวกันคืออัตราส่วนของมวลของร่างกายต่อปริมาตร

แนวคิดเรื่องความหนาแน่นของสารรวมถึงคำจำกัดความของความหนาแน่นของร่างกายที่มีการกระจายตัวเป็นเนื้อเดียวกันและสม่ำเสมอโดยมีโครงสร้างต่างกันซึ่งประกอบด้วยสารนี้ นี่เป็นค่าคงที่และเพื่อให้เข้าใจข้อมูลได้ดีขึ้น จะมีการสร้างตารางพิเศษขึ้นมาเพื่อรวบรวมสารทั่วไปทั้งหมด ค่าของสารแต่ละชนิดแบ่งออกเป็น 3 องค์ประกอบ คือ

• ความหนาแน่นของร่างกายในสถานะของแข็ง
• ความหนาแน่นของร่างกายในสถานะของเหลว
• ความหนาแน่นของร่างกายในสถานะก๊าซ

น้ำเป็นสารที่ค่อนข้างเป็นเนื้อเดียวกัน สารบางชนิดไม่เป็นเนื้อเดียวกันดังนั้นจึงกำหนดความหนาแน่นเฉลี่ยของร่างกาย เพื่อให้ได้ค่านี้ จำเป็นต้องทราบผลลัพธ์ ρ ของสารสำหรับแต่ละส่วนประกอบแยกกัน วัตถุที่หลวมและมีรูพรุนมีความหนาแน่นอย่างแท้จริง ถูกกำหนดโดยไม่คำนึงถึงช่องว่างในโครงสร้าง ความถ่วงจำเพาะสามารถคำนวณได้โดยการหารมวลของสารด้วยปริมาตรทั้งหมดที่วัตถุนั้นครอบครอง

ค่าที่คล้ายกันมีความสัมพันธ์กันโดยค่าสัมประสิทธิ์ความพรุน แสดงถึงอัตราส่วนของปริมาตรของช่องว่างต่อปริมาตรรวมของร่างกายที่กำลังตรวจสอบอยู่

ความหนาแน่นของสารขึ้นอยู่กับปัจจัยเพิ่มเติมหลายประการ บางส่วนเพิ่มค่านี้สำหรับสารบางชนิดพร้อมๆ กัน และลดค่าลงสำหรับสารอื่นๆ ที่อุณหภูมิต่ำความหนาแน่นของสารจะเพิ่มขึ้น สารบางชนิดสามารถตอบสนองต่อการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิได้หลายวิธี ในกรณีนี้ เป็นเรื่องปกติที่จะบอกว่าความหนาแน่นมีพฤติกรรมผิดปกติในช่วงอุณหภูมิที่กำหนด สารดังกล่าวมักประกอบด้วยทองแดง น้ำ เหล็กหล่อ และโลหะผสมอื่นๆ บางชนิด ความหนาแน่นของน้ำจะมากที่สุดที่ 4 องศาเซลเซียส ด้วยการทำความร้อนหรือความเย็นเพิ่มเติม ตัวบ่งชี้นี้สามารถเปลี่ยนแปลงได้อย่างมากเช่นกัน

การเปลี่ยนแปลงความหนาแน่นของน้ำเกิดขึ้นระหว่างการเปลี่ยนจากสถานะการรวมกลุ่มหนึ่งไปอีกสถานะหนึ่ง ตัวบ่งชี้ ρ จะเปลี่ยนค่าในกรณีเหล่านี้ในลักษณะฉับพลัน มันจะเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่องในระหว่างการเปลี่ยนสถานะเป็นของเหลวจากสถานะก๊าซรวมถึงในขณะที่เกิดการตกผลึกของของเหลว

มีกรณีพิเศษมากมาย ตัวอย่างเช่นซิลิคอนจะมีค่าความหนาแน่นต่ำเมื่อแข็งตัว

การวัดความหนาแน่นของสสาร

เพื่อวัดความหนาแน่นของสารอย่างมีประสิทธิภาพ โดยปกติจะใช้อุปกรณ์พิเศษ ประกอบด้วย:

• ตาชั่ง;
• เครื่องมือวัดในรูปแบบของไม้บรรทัด
• ขวดปริมาตร

หากสารที่ศึกษาอยู่ในสถานะของแข็ง อุปกรณ์วัดจะใช้หน่วยวัดในรูปแบบเซนติเมตร หากสารที่อยู่ระหว่างการศึกษาอยู่ในสถานะรวมตัวเป็นของเหลว จะใช้ขวดวัดปริมาตรเพื่อตรวจวัด

ขั้นแรก คุณต้องวัดปริมาตรของร่างกายโดยใช้เซนติเมตรหรือขวดวัด ผู้วิจัยสังเกตมาตราส่วนการวัดและบันทึกผลลัพธ์ที่ได้ หากตรวจสอบคานไม้รูปทรงลูกบาศก์ ความหนาแน่นจะเท่ากับค่าของด้านที่ยกกำลังสาม เมื่อศึกษาของเหลวจำเป็นต้องคำนึงถึงมวลของภาชนะที่ทำการวัดเพิ่มเติมด้วย ค่าที่ได้รับจะต้องถูกแทนที่ด้วยสูตรสากลสำหรับความหนาแน่นของสารและตัวบ่งชี้ที่คำนวณ

สำหรับก๊าซการคำนวณตัวบ่งชี้นั้นทำได้ยากมากเนื่องจากจำเป็นต้องใช้เครื่องมือวัดต่างๆ

โดยทั่วไปแล้ว ไฮโดรมิเตอร์จะใช้ในการคำนวณความหนาแน่นของสาร มันถูกออกแบบมาเพื่อให้ได้ผลลัพธ์จากของเหลว ศึกษาความหนาแน่นที่แท้จริงโดยใช้พิคโนมิเตอร์ ตรวจสอบดินโดยใช้สว่าน Kaczynski และ Seidelman