KRISTALLPHYSIK

PHYSIKALISCHE EIGENSCHAFTEN VON KRISTALLEN

Dichte

Die Dichte ist eine physikalische Größe, die für einen homogenen Stoff durch die Masse seiner Volumeneinheit bestimmt wird. Für einen inhomogenen Stoff wird die Dichte an einem bestimmten Punkt als Grenze des Verhältnisses der Masse des Körpers (m) zu seinem Volumen (V) berechnet, wenn sich das Volumen bis zu diesem Punkt zusammenzieht. Die durchschnittliche Dichte einer heterogenen Substanz ist das Verhältnis m/V.

Die Dichte eines Stoffes hängt von seiner Masse ab Atome, aus dem es besteht, und von der Packungsdichte der Atome und Moleküle in der Substanz. Je größer die Masse der Atome, desto größer die Dichte.

Wenn wir jedoch denselben Stoff in unterschiedlichen Aggregatzuständen betrachten, werden wir feststellen, dass seine Dichte unterschiedlich sein wird!

Ein Feststoff ist ein Aggregatzustand einer Substanz, der durch Formstabilität und die Art der thermischen Bewegung von Atomen gekennzeichnet ist, die kleine Schwingungen um Gleichgewichtspositionen ausführen. Kristalle zeichnen sich durch räumliche Periodizität in der Anordnung der Gleichgewichtspositionen der Atome aus. In amorphen Körpern schwingen Atome um zufällig angeordnete Punkte. Nach klassischen Konzepten ist der stabile Zustand (mit einem Minimum an potentieller potentieller Energie) eines Festkörpers kristallin. Ein amorpher Körper befindet sich in einem metastabilen Zustand und sollte sich mit der Zeit in einen kristallinen Zustand umwandeln, aber die Kristallisationszeit ist oft so lang, dass überhaupt keine Metastabilität auftritt.

Die Atome sind fest miteinander verbunden und sehr dicht gepackt. Daher hat ein Stoff im festen Zustand die höchste Dichte.

Der flüssige Zustand ist einer der Aggregatzustände der Materie. Die Haupteigenschaft einer Flüssigkeit, die sie von anderen Aggregatzuständen unterscheidet, ist die Fähigkeit, unter dem Einfluss mechanischer Belastungen, auch beliebig kleiner, ihre Form unbegrenzt zu ändern und dabei ihr Volumen praktisch beizubehalten.

Der flüssige Zustand wird normalerweise als Zwischenprodukt zwischen einem festen und einem festen Zustand angesehen Gas: Ein Gas behält weder Volumen noch Form, aber ein Feststoff behält beides.

Die Form flüssiger Körper kann ganz oder teilweise dadurch bestimmt werden, dass sich ihre Oberfläche wie eine elastische Membran verhält. So kann sich Wasser in Tropfen ansammeln. Aber eine Flüssigkeit kann auch unter ihrer ruhenden Oberfläche fließen, und das bedeutet auch, dass die Form (die inneren Teile des Flüssigkeitskörpers) nicht erhalten bleibt.

Die Packungsdichte von Atomen und Molekülen ist immer noch hoch, sodass sich die Dichte eines Stoffes im flüssigen Zustand nicht sehr von der im festen Zustand unterscheidet.

Gas ist ein Aggregatzustand eines Stoffes, der durch sehr schwache Bindungen zwischen seinen konstituierenden Teilchen (Moleküle, Atome oder Ionen) sowie deren hohe Mobilität gekennzeichnet ist. Gasteilchen bewegen sich in den Intervallen zwischen Kollisionen nahezu frei und chaotisch, wobei sich die Art ihrer Bewegung stark ändert.

Der gasförmige Zustand eines Stoffes unter Bedingungen, bei denen die Existenz einer stabilen flüssigen oder festen Phase desselben Stoffes möglich ist, wird üblicherweise als Dampf bezeichnet.

Gase sind wie Flüssigkeiten flüssig und widerstehen Verformungen. Im Gegensatz zu Flüssigkeiten haben Gase kein festes Volumen und bilden keine freie Oberfläche, sondern füllen tendenziell das gesamte verfügbare Volumen (z. B. ein Gefäß) aus.

Der gasförmige Zustand ist der häufigste Zustand der Materie im Universum (interstellare Materie, Nebel, Sterne, Planetenatmosphären usw.). Die chemischen Eigenschaften von Gasen und ihren Gemischen sind sehr vielfältig – von schwach aktiven Inertgasen bis hin zu explosiven Gasgemischen. Zu Gasen gehören manchmal nicht nur Systeme aus Atomen und Molekülen, sondern auch Systeme aus anderen Teilchen – Photonen, Elektronen, Brownsche Teilchen sowie Plasma.

Flüssige Moleküle haben zwar keine bestimmte Position, aber gleichzeitig auch keine völlige Bewegungsfreiheit. Es besteht eine Anziehung zwischen ihnen, die stark genug ist, um sie nahe zu halten.

Die Moleküle haben sehr schwache Bindungen untereinander und entfernen sich weit voneinander. Die Packungsdichte ist sehr gering, daher liegt der Stoff im gasförmigen Zustand vor

hat eine geringe Dichte.

2. Dichtearten und Maßeinheiten

Die Dichte wird im SI-System in kg/m³ und im GHS-System in g/cm³ gemessen, der Rest (g/ml, kg/l, 1 t/ M3) – Derivate.

Für körnige und poröse Körper gibt es:

Wahre Dichte, bestimmt ohne Berücksichtigung von Hohlräumen

Scheinbare Dichte, berechnet als Verhältnis der Masse eines Stoffes zum gesamten Volumen, das er einnimmt

3. Formel zur Bestimmung der Dichte

Die Dichte wird durch die Formel ermittelt:

Daher gibt der Zahlenwert der Dichte eines Stoffes die Masse einer Volumeneinheit dieses Stoffes an. Zum Beispiel Dichte Gusseisen 7 kg/dm3. Das bedeutet, dass 1 dm3 Gusseisen eine Masse von 7 kg hat. Die Dichte von Süßwasser beträgt 1 kg/l. Daher entspricht die Masse von 1 Liter Wasser 1 kg.

Um die Dichte von Gasen zu berechnen, können Sie die Formel verwenden:

Dabei ist M die Molmasse des Gases und Vm das Molvolumen (unter normalen Bedingungen beträgt es 22,4 l/mol).

4. Abhängigkeit der Dichte von der Temperatur

In der Regel nimmt die Dichte mit abnehmender Temperatur zu, obwohl es Stoffe gibt, deren Dichte sich anders verhält, beispielsweise Wasser, Bronze und Gusseisen. So hat die Dichte von Wasser bei 4 °C ihren Maximalwert und nimmt sowohl mit steigender als auch mit sinkender Temperatur ab.

Wenn sich der Aggregatzustand ändert, ändert sich die Dichte eines Stoffes schlagartig: Beim Übergang vom gasförmigen in den flüssigen Zustand und beim Erstarren der Flüssigkeit nimmt die Dichte zu. Allerdings stellt Wasser eine Ausnahme von dieser Regel dar; seine Dichte nimmt mit zunehmender Erstarrung ab.

Bei verschiedenen natürlichen Objekten variiert die Dichte in einem sehr weiten Bereich. Das intergalaktische Medium hat die niedrigste Dichte (ρ ~ 10-33 kg/m³). Die Dichte des interstellaren Mediums beträgt etwa 10-21 kg/M3. Die durchschnittliche Dichte der Sonne ist etwa 1,5-mal höher als die Dichte von Wasser, nämlich 1000 kg/M3, und die durchschnittliche Dichte der Erde beträgt 5520 kg/M3. Osmium hat die höchste Dichte unter den Metallen (22.500 kg/M3), und die Dichte von Neutronensternen liegt in der Größenordnung von 1017–1018 kg/M3.

5. Dichten einiger Gase

- Dichte von Gasen und Dämpfen (0° C, 101325 Pa), kg/m³

Sauerstoff 1.429

Ammoniak 0,771

Krypton 3.743

Argon 1.784

Xenon 5.851

Wasserstoff 0,090

Methan 0,717

Wasserdampf (100° C) 0,598

Luft 1.293

Kohlendioxid 1,977

Helium 0,178

Ethylen 1.260

- Dichte einiger Holzarten

Holzdichte, g/cm³

Balsa 0,15

Sibirische Tanne 0,39

Mammutbaum immergrün 0,41

Rosskastanie 0,56

Essbare Kastanie 0,59

Zypresse 0,60

Vogelkirsche 0,61

Hasel 0,63

Walnuss 0,64

Birke 0,65

Glatte Ulme 0,66

Lärche 0,66

Feldahorn 0,67

Teak 0,67

Schweiz (Mahagoni) 0,70

Bergahorn 0,70

Zhoster (Sanddorn) 0,71

Flieder 0,80

Weißdorn 0,80

Pekannuss (Karia) 0,83

Sandelholz 0,90

Buchsbaum 0,96

Ebenholz-Kaki 1.08

Quebracho 1.21

Gweyakum oder Backout 1.28

- DichteMetalle(bei 20°C) t/M3

Aluminium 2.6889

Wolfram 19,35

Graphit 1,9 - 2,3

Eisen 7.874

Gold 19.32

Kalium 0,862

Kalzium 1,55

Kobalt 8,90

Lithium 0,534

Magnesium 1.738

Kupfer 8.96

Natrium 0,971

Nickel 8,91

Zinn(weiß) 7.29

Platin 21,45

Plutonium 19.25

Führen 11.336

Silber 10,50

Titan 4.505

Cäsium 1.873

Zirkonium 6,45

- Dichte der Legierungen (bei 20°C)) t/M3

Bronze 7,5 - 9,1

Holzlegierung 9.7

Duraluminium 2,6 - 2,9

Konstantan 8,88

Messing 8,2 - 8,8

Nichrome 8.4

Platin-Iridium 21,62

Stahl 7,7 - 7,9

Edelstahl (Durchschnitt) 7,9 - 8,2

Klassen 08Х18Н10Т, 10Х18Н10Т 7,9

Sorten 10Х17Н13М2Т, 10Х17Н13М3Т 8

Sorten 06ХН28МТ, 06ХН28МДТ 7,95

Sorten 08Х22Н6Т, 12Х21Н5Т 7,6

Weißguss 7,6 - 7,8

Grauguss 7,0 - 7,2

Legen wir Eisen- und Aluminiumzylinder gleichen Volumens auf die Waage (Abb. 122). Das Gleichgewicht der Waage ist gestört. Warum?

Reis. 122

Bei der Laborarbeit haben Sie das Körpergewicht gemessen, indem Sie das Gewicht der Gewichte mit Ihrem Körpergewicht verglichen haben. Im Gleichgewicht der Waage waren diese Massen gleich. Ungleichgewicht bedeutet, dass die Massen der Körper nicht gleich sind. Die Masse des Eisenzylinders ist größer als die Masse des Aluminiumzylinders. Aber die Volumina der Zylinder sind gleich. Das bedeutet, dass eine Volumeneinheit (1 cm3 oder 1 m3) Eisen eine größere Masse hat als Aluminium.

Die in einer Volumeneinheit enthaltene Masse eines Stoffes wird als Dichte des Stoffes bezeichnet. Um die Dichte zu ermitteln, müssen Sie die Masse einer Substanz durch ihr Volumen dividieren. Die Dichte wird mit dem griechischen Buchstaben ρ (rho) bezeichnet. Dann

Dichte = Masse/Volumen

ρ = m/V.

Die SI-Einheit der Dichte ist 1 kg/m3. Die Dichten verschiedener Stoffe werden experimentell ermittelt und sind in Tabelle 1 dargestellt. Abbildung 123 zeigt die Massen der Ihnen bekannten Stoffe in einem Volumen V = 1 m 3.

Reis. 123

Dichte von Feststoffen, Flüssigkeiten und Gasen
(bei normalem Atmosphärendruck)

Wie verstehen wir, dass die Dichte von Wasser ρ = 1000 kg/m3 beträgt? Die Antwort auf diese Frage ergibt sich aus der Formel. Die Wassermasse in einem Volumen V = 1 m 3 beträgt m = 1000 kg.

Aus der Dichteformel ergibt sich die Masse eines Stoffes

m = ρV.

Von zwei Körpern gleichen Volumens hat der Körper mit der größeren Materiedichte die größere Masse.

Beim Vergleich der Dichten von Eisen ρ l = 7800 kg/m 3 und Aluminium ρ al = 2700 kg/m 3 verstehen wir, warum sich im Experiment (siehe Abb. 122) herausstellte, dass die Masse eines Eisenzylinders größer war als die Masse eines Aluminiumzylinders gleichen Volumens.

Wenn das Volumen eines Körpers in cm 3 gemessen wird, ist es zur Bestimmung der Körpermasse zweckmäßig, den Dichtewert ρ zu verwenden, ausgedrückt in g/cm 3.

Die Stoffdichteformel ρ = m/V wird für homogene Körper verwendet, also für Körper, die aus einem Stoff bestehen. Dabei handelt es sich um Körper, die keine Lufthohlräume aufweisen oder keine Verunreinigungen anderer Stoffe enthalten. Die Reinheit der Substanz wird anhand der gemessenen Dichte beurteilt. Ist beispielsweise einem Goldbarren billiges Metall beigefügt?

Denke und antworte

1. Wie würde sich das Gleichgewicht der Waage verändern (siehe Abb. 122), wenn statt eines Eisenzylinders ein Holzzylinder gleichen Volumens auf eine Tasse gestellt würde?
2. Was ist Dichte?
3. Hängt die Dichte eines Stoffes von seinem Volumen ab? Aus der Masse?
4. In welchen Einheiten wird die Dichte gemessen?
5. Wie kommt man von der Dichteeinheit g/cm 3 zur Dichteeinheit kg/m 3?

Interessant zu wissen!

In der Regel hat ein Stoff im festen Zustand eine größere Dichte als im flüssigen Zustand. Eine Ausnahme von dieser Regel bilden Eis und Wasser, bestehend aus H 2 O-Molekülen. Die Dichte von Eis beträgt ρ = 900 kg/m 3, die Dichte von Wasser? = 1000 kg/m3. Die Dichte von Eis ist geringer als die Dichte von Wasser, was auf eine weniger dichte Packung der Moleküle (d. h. größere Abstände zwischen ihnen) im festen Zustand der Substanz (Eis) als im flüssigen Zustand (Wasser) hinweist. In Zukunft werden Sie auf weitere sehr interessante Anomalien (Anomalien) in den Eigenschaften von Wasser stoßen.

Die durchschnittliche Dichte der Erde beträgt etwa 5,5 g/cm 3 . Diese und andere der Wissenschaft bekannte Tatsachen ermöglichten es uns, einige Rückschlüsse auf die Struktur der Erde zu ziehen. Die durchschnittliche Dicke der Erdkruste beträgt etwa 33 km. Die Erdkruste besteht hauptsächlich aus Erde und Gesteinen. Die durchschnittliche Dichte der Erdkruste beträgt 2,7 g/cm 3 und die Dichte der direkt unter der Erdkruste liegenden Gesteine ​​beträgt 3,3 g/cm 3. Beide Werte liegen jedoch unter 5,5 g/cm 3, also unter der durchschnittlichen Dichte der Erde. Daraus folgt, dass die Dichte der Materie in den Tiefen des Globus größer ist als die durchschnittliche Dichte der Erde. Wissenschaftler vermuten, dass die Dichte der Substanz im Erdmittelpunkt 11,5 g/cm 3 erreicht, also nahe der Dichte von Blei.

Die durchschnittliche Dichte des menschlichen Körpergewebes beträgt 1036 kg/m3, die Dichte des Blutes (bei t = 20°C) beträgt 1050 kg/m3.

Balsaholz hat eine geringe Holzdichte (zweimal weniger als Kork). Daraus werden Flöße und Rettungsringe hergestellt. Auf Kuba wächst der Stachelhaarbaum Eshinomena, dessen Holz eine Dichte aufweist, die 25-mal geringer ist als die Dichte von Wasser, d. h. ρ = 0,04 g/cm 3 . Der Schlangenbaum hat eine sehr hohe Holzdichte. Ein Baum versinkt im Wasser wie ein Stein.

Machen Sie es selbst zu Hause

Messen Sie die Dichte der Seife. Verwenden Sie dazu ein rechteckiges Stück Seife. Vergleichen Sie die von Ihnen gemessene Dichte mit den Werten Ihrer Klassenkameraden. Sind die resultierenden Dichtewerte gleich? Warum?

Interessant zu wissen

Bereits zu Lebzeiten des berühmten antiken griechischen Wissenschaftlers Archimedes (Abb. 124) bildeten sich Legenden über ihn, deren Grund seine Erfindungen waren, die seine Zeitgenossen in Erstaunen versetzten. Eine der Legenden besagt, dass der syrakusanische König Heron II. den Denker bat, festzustellen, ob seine Krone aus reinem Gold bestand oder ob der Juwelier ihr eine beträchtliche Menge Silber beigemischt hatte. Natürlich musste die Krone intakt bleiben. Für Archimedes war es nicht schwierig, die Masse der Krone zu bestimmen. Viel schwieriger war es, das Volumen der Krone genau zu messen, um die Dichte des Metalls, aus dem sie gegossen wurde, zu berechnen und festzustellen, ob es sich um reines Gold handelte. Die Schwierigkeit bestand darin, dass es die falsche Form hatte!

Reis. 124

Eines Tages nahm Archimedes, in Gedanken über die Krone versunken, ein Bad und kam dabei auf eine brillante Idee. Das Volumen der Krone kann durch Messung des von ihr verdrängten Wasservolumens bestimmt werden (Sie kennen diese Methode zur Messung des Volumens eines unregelmäßig geformten Körpers). Nachdem Archimedes das Volumen der Krone und ihre Masse bestimmt hatte, berechnete er die Dichte der Substanz, aus der der Juwelier die Krone herstellte.

Der Legende nach war die Dichte der Krone geringer als die Dichte von reinem Gold, und der unehrliche Juwelier geriet in eine Täuschung.

Übungen

1. Die Dichte von Kupfer beträgt ρ m = 8,9 g/cm 3 und die Dichte von Aluminium beträgt ρ al = 2700 kg/m 3. Welcher Stoff ist um wie viel Mal dichter?
2. Bestimmen Sie die Masse einer Betonplatte, deren Volumen V = 3,0 m 3 beträgt.
3. Aus welchem ​​Stoff besteht eine Kugel mit dem Volumen V = 10 cm 3, wenn ihre Masse m = 71 g ist?
4. Bestimmen Sie die Masse eines Fensterglases mit einer Länge a = 1,5 m, einer Höhe b = 80 cm und einer Dicke c = 5,0 mm.
5. Gesamtmasse N = 7 identische Dachbleche m = 490 kg. Die Größe jedes Blattes beträgt 1 x 1,5 m. Bestimmen Sie die Dicke des Blattes.
6. Stahl- und Aluminiumzylinder haben die gleiche Querschnittsfläche und Masse. Welcher Zylinder hat die größere Höhe und um wie viel?

Alles um uns herum besteht aus verschiedenen Stoffen. Schiffe und Badehäuser werden aus Holz gebaut, Bügeleisen und Feldbetten aus Eisen, Reifen auf Rädern und Radiergummis auf Bleistiften aus Gummi. Und verschiedene Gegenstände haben unterschiedliche Gewichte – eine saftige reife Melone vom Markt kann jeder von uns problemlos tragen, aber über ein gleich großes Gewicht müssen wir schwitzen.

Jeder erinnert sich an den berühmten Witz: „Was ist schwerer? Ein Kilogramm Nägel oder ein Kilogramm Flusen? Wir werden nicht länger auf diesen kindischen Trick hereinfallen, wir wissen, dass das Gewicht beider gleich sein wird, aber die Lautstärke deutlich unterschiedlich sein wird. Warum passiert das also? Warum haben verschiedene Körper und Stoffe bei gleicher Größe unterschiedliche Gewichte? Oder umgekehrt, das gleiche Gewicht bei unterschiedlichen Größen? Offensichtlich gibt es bestimmte Merkmale, aufgrund derer sich Substanzen so stark voneinander unterscheiden. In der Physik wird diese Eigenschaft Dichte der Materie genannt und in der siebten Klasse gelehrt.

Dichte eines Stoffes: Definition und Formel

Die Definition der Dichte eines Stoffes lautet wie folgt: Die Dichte gibt an, wie viel Masse ein Stoff in einer Volumeneinheit hat, beispielsweise in einem Kubikmeter. Die Dichte von Wasser beträgt also 1000 kg/m3 und die von Eis 900 kg/m3, weshalb Eis leichter ist und sich im Winter auf Stauseen befindet. Das heißt, was zeigt uns in diesem Fall die Dichte der Materie? Eine Eisdichte von 900 kg/m3 bedeutet, dass ein Eiswürfel mit einer Seitenlänge von 1 Meter 900 kg wiegt. Und die Formel zur Bestimmung der Dichte eines Stoffes lautet wie folgt: Dichte = Masse/Volumen. Die in diesem Ausdruck enthaltenen Größen werden wie folgt bezeichnet: Masse – m, Volumen des Körpers – V und Dichte wird mit dem Buchstaben ρ (griechischer Buchstabe „rho“) bezeichnet. Und die Formel kann wie folgt geschrieben werden:

So ermitteln Sie die Dichte einer Substanz

Wie finde oder berechne ich die Dichte eines Stoffes? Dazu müssen Sie Körpervolumen und Körpergewicht kennen. Das heißt, wir messen den Stoff, wiegen ihn und setzen dann einfach die erhaltenen Daten in die Formel ein und ermitteln den benötigten Wert. Und wie die Dichte eines Stoffes gemessen wird, geht aus der Formel hervor. Sie wird in Kilogramm pro Kubikmeter gemessen. Manchmal verwenden sie auch einen Wert wie Gramm pro Kubikzentimeter. Das Umrechnen eines Werts in einen anderen ist sehr einfach. 1 g = 0,001 kg und 1 cm3 = 0,000001 m3. Dementsprechend ist 1 g/(cm)^3 =1000kg/m^3. Es ist auch zu bedenken, dass die Dichte eines Stoffes in verschiedenen Aggregatzuständen unterschiedlich ist. Das heißt, in fester, flüssiger oder gasförmiger Form. Die Dichte von Feststoffen ist meist höher als die Dichte von Flüssigkeiten und viel höher als die Dichte von Gasen. Eine für uns vielleicht sehr nützliche Ausnahme ist Wasser, das, wie wir bereits betrachtet haben, im festen Zustand weniger wiegt als im flüssigen Zustand. Aufgrund dieser seltsamen Eigenschaft des Wassers ist Leben auf der Erde möglich. Wie wir wissen, hat das Leben auf unserem Planeten seinen Ursprung in den Ozeanen. Und wenn sich Wasser wie alle anderen Stoffe verhalten würde, dann würde das Wasser in den Meeren und Ozeanen durchfrieren, das Eis, das schwerer als Wasser ist, würde auf den Boden sinken und dort liegen bleiben, ohne zu schmelzen. Und nur am Äquator, in einer kleinen Wassersäule, würde Leben in Form mehrerer Bakterienarten existieren. So können wir dem Wasser für unsere Existenz danken.

Anweisungen

Es war also lange nicht jedem bekannt, dass die Dichte eines Stoffes, sei es eine Flüssigkeit oder ein fester Aggregat, als Masse dividiert durch Volumen berechnet werden kann. Das heißt, um die Dichte von gewöhnlichem flüssigem Wasser experimentell zu bestimmen, müssen Sie: 1) einen Messzylinder nehmen und ihn wiegen.
2) Gießen Sie Wasser hinein und notieren Sie das Volumen, das es einnimmt.
3) Wiegen Sie den Zylinder mit Wasser.
4) Berechnen Sie die Massendifferenz und erhalten Sie die Masse des Wassers.
5) Berechnen Sie die Dichte mit der bekannten Formel

Allerdings ist uns aufgefallen, dass sich die Dichtewerte bei unterschiedlichen Temperaturen unterscheiden. Aber das Erstaunlichste ist das Gesetz, nach dem die Veränderung geschieht. Wissenschaftler auf der ganzen Welt rätseln immer noch über dieses Phänomen. Niemand kann das Rätsel lösen und die Frage beantworten: „Warum steigt der Dichtewert beim Erhitzen von 0 auf 3,98 und danach auf 3,98?“ Vor einigen Jahren schlug der japanische Physiker Masakazu Matsumoto ein Modell für die Struktur von Wassermolekülen vor. Nach dieser Theorie bilden sich im Wasser bestimmte polygonale Mikroformationen – Vitrite, die wiederum das Phänomen der Verlängerung von Wasserstoffbrückenbindungen überwinden und Wassermoleküle komprimieren. Allerdings konnte diese Theorie noch nicht experimentell bestätigt werden. Unten ist ein Diagramm der Dichte gegenüber der Temperatur dargestellt. Um es zu verwenden, benötigen Sie: 1) Finden Sie den benötigten Temperaturwert auf der entsprechenden Achse.
2) Senken Sie die Senkrechte zum Diagramm. Markieren Sie den Schnittpunkt der Geraden und der Funktion.
3) Zeichnen Sie vom resultierenden Punkt aus eine Linie parallel zur Temperaturachse zur Dichteachse. Der Schnittpunkt ist der gewünschte Wert. Beispiel: Angenommen, die Wassertemperatur beträgt 4 Grad, dann beträgt die Dichte nach der Konstruktion 1 g/cm^3. Bei beiden Werten handelt es sich um Näherungswerte.

Um einen genaueren Dichtewert zu ermitteln, müssen Sie die Tabelle verwenden. Wenn für den von Ihnen benötigten Temperaturwert keine Daten vorhanden sind, dann: 1) Finden Sie die Werte, zwischen denen der gewünschte Wert liegt. Zum besseren Verständnis schauen wir uns ein Beispiel an. Lassen Sie die Dichte von Wasser bei einer Temperatur von 65 Grad erforderlich sein. Sie liegt zwischen 60 und 70.
2) Zeichnen Sie eine Koordinatenebene. Geben Sie die x-Achse als Temperatur und die y-Achse als Dichte an. Markieren Sie die Ihnen bekannten Punkte in der Grafik (A und B). Verbinde sie mit einer geraden Linie.
3) Senken Sie die Senkrechte vom benötigten Temperaturwert auf das oben erhaltene Segment ab und markieren Sie es als Punkt C.
4) Markieren Sie die Punkte D, E, F wie in der Grafik gezeigt.
5) Nun ist deutlich zu erkennen, dass die Dreiecke ADB und AFC ähnlich sind. Dann gilt folgende Beziehung:
AD/AF=DB/EF, also:
(0,98318-0,97771)/(0,98318-x)=(70-60)/(65-60);
0,00547/(0,98318-x)=2
1,96636-2x=0,00547
x=0,980445
Demnach beträgt die Dichte von Wasser bei 65 Grad 0,980445 g/cm^3
Diese Methode zum Ermitteln eines Werts wird als Interpolationsmethode bezeichnet.

Definition

Dichte der Materie (Dichte der Körpermaterie) ist eine skalare physikalische Größe, die dem Verhältnis der Masse (dm) eines kleinen Elements eines Körpers zu seinem Einheitsvolumen (dV) entspricht. Am häufigsten wird die Dichte einer Substanz mit einem griechischen Buchstaben angegeben. Also:

Arten der Materiedichte

Wenn wir den Ausdruck (1) zur Bestimmung der Dichte verwenden, sprechen wir von der Dichte des Körpers an einem Punkt.

Die Dichte eines Körpers hängt vom Material des Körpers und seinem thermodynamischen Zustand ab.

Dabei ist m die Körpermasse und V das Körpervolumen.

Wenn der Körper inhomogen ist, verwenden sie manchmal das Konzept der durchschnittlichen Dichte, das wie folgt berechnet wird:

Dabei ist m die Körpermasse und V das Körpervolumen. In der Technik wird für inhomogene (z. B. körnige) Körper der Begriff der Schüttdichte verwendet. Die Schüttdichte wird auf die gleiche Weise wie (3) berechnet. Das Volumen wird durch Einbeziehung von Zwischenräumen in Schütt- und Schüttgütern (wie Sand, Kies, Getreide etc.) bestimmt.

Bei der Betrachtung von Gasen unter Normalbedingungen wird zur Berechnung der Dichte die Formel verwendet:

Dabei ist die Molmasse des Gases das Molvolumen des Gases, das unter normalen Bedingungen 22,4 l/mol beträgt.

Einheiten zur Messung der Dichte von Materie

In Übereinstimmung mit der Definition können wir schreiben, dass die Maßeinheiten der Dichte im SI-System sind: = kg/m 3

in GHS: =g/(cm) 3

In diesem Fall: 1 kg/m 3 = (10) -3 g/(cm) 3.

Beispiele für Problemlösungen

Beispiel

Übung. Wie groß ist die Dichte von Wasser, wenn das von einem Molekül H 2 O eingenommene Volumen ungefähr gleich m 3 ist? Bedenken Sie, dass die Moleküle im Wasser dicht gepackt sind.

wobei m 0 die Masse eines Wassermoleküls ist. Finden wir m 0 mithilfe der bekannten Beziehung:

wobei N=1 die Anzahl der Moleküle ist (in unserem Fall ein Molekül), m die Masse der Anzahl der betrachteten Moleküle ist (in unserem Fall m=m 0), N A =6,02 10 23 mol -1 – Avogadro-Konstante, =18 · 10 - 3 kg/mol (da die relative Molekülmasse von Wasser M r =18 ist). Wenn wir daher Ausdruck (2) verwenden, um die Masse eines Moleküls zu ermitteln, erhalten wir:

Setzt man m 0 in Ausdruck (1) ein, erhält man:

Berechnen wir den erforderlichen Wert:

kg/m3

Antwort. Die Dichte von Wasser beträgt 10 3 kg/m 3.

Beispiel

Übung. Wie hoch ist die Dichte von Cäsiumchlorid (CsCl)-Kristallen, wenn die Kristalle ein kubisches Kristallgitter haben (Abb. 1), an dessen Spitzen sich Chlorionen (Cl -) und in der Mitte ein Cäsiumion (Cs +) befinden ). Betrachten Sie die Kante des Kristallgitters als d=0,41 nm.

Lösung. Als Grundlage zur Lösung des Problems nehmen wir den folgenden Ausdruck:

wobei m die Masse der Substanz ist (in unserem Fall ist dies die Masse eines Moleküls – Avogadro-Konstante), kg/mol Molmasse von Cäsiumchlorid (da die relative Molekülmasse von Cäsiumchlorid gleich ist). Ausdruck (2.1) für ein Molekül wird die Form annehmen.