فیزیک کریستال

خواص فیزیکی کریستال ها

تراکم

چگالی یک کمیت فیزیکی است که برای یک ماده همگن با جرم واحد حجم آن تعیین می شود. برای یک ماده ناهمگن، چگالی در یک نقطه معین به عنوان حد نسبت جرم جسم (m) به حجم آن (V) محاسبه می شود، زمانی که حجم به این نقطه منقبض می شود. چگالی متوسط ​​یک ماده ناهمگن نسبت m/V است.

چگالی یک ماده به جرم آن بستگی دارد اتم ها، که از آن تشکیل شده است و بر روی چگالی بسته بندی اتم ها و مولکول ها در ماده. هر چه جرم اتم ها بیشتر باشد چگالی آن بیشتر است.

اما اگر یک ماده را در حالت های مختلف تجمع در نظر بگیریم، خواهیم دید که چگالی آن متفاوت خواهد بود!

جامد حالتی از تجمع یک ماده است که با ثبات شکل و ماهیت حرکت حرارتی اتم ها مشخص می شود که ارتعاشات کوچکی را در اطراف موقعیت های تعادلی انجام می دهد. کریستال ها با تناوب فضایی در آرایش موقعیت های تعادلی اتم ها مشخص می شوند. در اجسام بی شکل، اتم ها در اطراف نقاطی که به طور تصادفی واقع شده اند به ارتعاش در می آیند. طبق مفاهیم کلاسیک، حالت پایدار (با حداقل انرژی پتانسیل پتانسیل) یک جامد کریستالی است. یک جسم آمورف در حالت فراپایدار است و در طول زمان باید به حالت کریستالی تبدیل شود، اما زمان تبلور اغلب آنقدر طولانی است که فراپایداری اصلاً ظاهر نمی شود.

اتم ها محکم به یکدیگر و بسیار محکم بسته بندی شده اند. بنابراین ماده ای در حالت جامد دارای بیشترین چگالی است.

حالت مایع یکی از حالات مجموع ماده است. ویژگی اصلی یک مایع، که آن را از سایر حالت های تجمع متمایز می کند، توانایی تغییر شکل آن به طور نامحدود تحت تأثیر تنش های مکانیکی، حتی به طور دلخواه کوچک، در حالی که عملاً حجم خود را حفظ می کند، است.

حالت مایع معمولاً حد واسط بین جامد و گاز: گاز نه حجم و نه شکل را حفظ می کند، اما جامد هر دو را حفظ می کند.

شکل اجسام مایع را می توان به طور کامل یا جزئی با این واقعیت تعیین کرد که سطح آنها مانند یک غشاء الاستیک عمل می کند. بنابراین، آب می تواند به صورت قطره ای جمع شود. اما یک مایع حتی در زیر سطح ثابت خود نیز می تواند جریان داشته باشد و این نیز به این معنی است که شکل (قطعات داخلی بدن مایع) حفظ نمی شود.

چگالی بسته بندی اتم ها و مولکول ها هنوز بالاست، بنابراین چگالی یک ماده در حالت مایع تفاوت زیادی با حالت جامد ندارد.

گاز حالتی از تجمع یک ماده است که با پیوندهای بسیار ضعیف بین ذرات تشکیل دهنده آن (مولکول ها، اتم ها یا یون ها) و همچنین تحرک زیاد آنها مشخص می شود. ذرات گاز تقریباً آزادانه و بی نظم در فواصل بین برخوردها حرکت می کنند که طی آن تغییر شدیدی در ماهیت حرکت آنها رخ می دهد.

حالت گازی یک ماده در شرایطی که وجود یک فاز مایع یا جامد پایدار از همان ماده ممکن است معمولاً بخار نامیده می شود.

گازها مانند مایعات سیالیت دارند و در برابر تغییر شکل مقاومت می کنند. بر خلاف مایعات، گازها حجم ثابتی ندارند و سطح آزاد تشکیل نمی دهند، اما تمایل دارند کل حجم موجود (مثلاً یک ظرف) را پر کنند.

حالت گازی رایج ترین حالت ماده در کیهان است (ماده بین ستاره ای، سحابی ها، ستارگان، جو سیاره ها و غیره). خواص شیمیایی گازها و مخلوط آنها بسیار متنوع است - از گازهای بی اثر کم فعال گرفته تا مخلوط های گازهای انفجاری. گاهی اوقات گازها نه تنها سیستم های اتم ها و مولکول ها، بلکه سیستم هایی از ذرات دیگر - فوتون ها، الکترون ها، ذرات براونی و همچنین پلاسما را شامل می شوند.

مولکول های مایع موقعیت مشخصی ندارند، اما در عین حال آزادی حرکت کامل ندارند. بین آنها جاذبه ای وجود دارد که آنقدر قوی است که آنها را نزدیک نگه دارد.

مولکول ها پیوندهای بسیار ضعیفی با یکدیگر دارند و از یکدیگر دور می شوند. چگالی بسته بندی بسیار کم است، بنابراین ماده در حالت گاز است

چگالی کم دارد

2. انواع چگالی و واحدهای اندازه گیری

چگالی در سیستم SI بر حسب کیلوگرم بر متر مکعب و در سیستم GHS بر حسب گرم بر متر مکعب اندازه‌گیری می‌شود (گرم بر میلی‌لیتر، کیلوگرم در لیتر، 1 تن M3) – مشتقات.

برای اجسام دانه ای و متخلخل موارد زیر وجود دارد:

چگالی واقعی، بدون در نظر گرفتن فضای خالی تعیین می شود

چگالی ظاهری، محاسبه شده به عنوان نسبت جرم یک ماده به کل حجمی که آن را اشغال می کند.

3. فرمول برای یافتن چگالی

چگالی با فرمول بدست می آید:

بنابراین، مقدار عددی چگالی یک ماده، جرم واحد حجم این ماده را نشان می دهد. مثلا چگالی چدن 7 کیلوگرم بر دسی متر مکعب. به این معنی که 1 dm3 چدن دارای جرم 7 کیلوگرم است. چگالی آب شیرین 1 کیلوگرم در لیتر است. بنابراین جرم 1 لیتر آب برابر با 1 کیلوگرم است.

برای محاسبه چگالی گازها می توانید از فرمول استفاده کنید:

که در آن M جرم مولی گاز است، Vm حجم مولی است (در شرایط عادی برابر با 22.4 لیتر در مول است).

4. وابستگی چگالی به دما

به عنوان یک قاعده، با کاهش دما، چگالی افزایش می یابد، اگرچه موادی وجود دارد که چگالی آنها متفاوت است، به عنوان مثال، آب، برنز و چدن. بنابراین، چگالی آب در دمای 4 درجه سانتی گراد حداکثر مقدار دارد و با افزایش و کاهش دما کاهش می یابد.

هنگامی که حالت تجمع تغییر می کند، چگالی یک ماده به طور ناگهانی تغییر می کند: چگالی در طول انتقال از حالت گازی به مایع و زمانی که مایع جامد می شود افزایش می یابد. درست است، آب از این قاعده مستثنی است؛ با جامد شدن، چگالی آن کاهش می یابد.

برای اجسام مختلف طبیعی، چگالی در محدوده بسیار وسیعی متفاوت است. محیط بین کهکشانی کمترین چگالی را دارد (ρ ~ 10-33 kg/m³). چگالی محیط بین ستاره ای حدود 10-21 کیلوگرم بر متر مکعب است. چگالی متوسط ​​خورشید تقریباً 5/1 برابر بیشتر از چگالی آب برابر با 1000 کیلوگرم بر متر مکعب و چگالی متوسط ​​زمین 5520 کیلوگرم بر متر مکعب است. اوسمیم بیشترین چگالی را در میان فلزات دارد (22500 کیلوگرم بر متر مکعب) و چگالی ستارگان نوترونی در حد 1017 ÷1018 کیلوگرم بر متر مکعب است.

5. چگالی برخی گازها

- چگالی گازها و بخارات (0 درجه سانتیگراد، 101325 Pa)، کیلوگرم بر متر مکعب

اکسیژن 1.429

آمونیاک 0,771

کریپتون 3743

آرگون 1.784

زنون 5.851

هیدروژن 0,090

متان 0,717

بخار آب (100 درجه سانتیگراد) 0.598

هوا 1.293

دی اکسید کربن 1.977

هلیوم 0.178

اتیلن 1.260

- تراکم برخی از انواع چوب

چگالی چوب، گرم بر سانتی متر مکعب

بالسا 0.15

صنوبر سیبری 0.39

سکویا همیشه سبز 0.41

شاه بلوط اسب 0.56

شاه بلوط خوراکی 0.59

سرو 0.60

گیلاس پرنده 0.61

هازل 0.63

گردو 0.64

توس 0.65

نارون صاف 0.66

کاج اروپایی 0.66

افرا فیلد 0.67

ساج 0.67

Switenia (Mahogany) 0.70

Sycamore 0.70

Zhoster (خلان) 0.71

یاس بنفش 0.80

زالزالک 0.80

اسپند (cariah) 0.83

چوب صندل 0.90

شمشاد 0.96

خرمالو آبنوس 1.08

Quebracho 1.21

Gweyakum یا Backout 1.28

- تراکمفلزات(در 20 درجه سانتیگراد) t/M3

آلومینیوم 2.6889

تنگستن 19.35

گرافیت 1.9 - 2.3

اهن 7.874

طلا 19.32

پتاسیم 0.862

کلسیم 1.55

کبالت 8.90

لیتیوم 0.534

منیزیم 1.738

فلز مس 8.96

سدیم 0.971

نیکل 8.91

قلع(سفید) 7.29

پلاتین 21.45

پلوتونیوم 19.25

رهبری 11.336

نقره 10.50

Titan 4.505

سزیم 1.873

زیرکونیوم 6.45

- چگالی آلیاژها (در 20 درجه سانتیگراد)) t/M3

برنز 7.5 - 9.1

آلیاژ چوب 9.7

Duralumin 2.6 - 2.9

کنستانتان 8.88

برنج 8.2 - 8.8

Nichrome 8.4

پلاتین-ایریدیوم 21.62

فولاد 7.7 - 7.9

فولاد ضد زنگ (متوسط) 7.9 - 8.2

نمرات 08Х18Н10Т، 10Х18Н10Т 7.9

نمرات 10Х17Н13М2Т، 10Х17Н13М3Т 8

نمرات 06ХН28МТ, 06ХН28МДТ 7.95

نمرات 08Х22Н6Т، 12Х21Н5Т 7.6

چدن سفید 7.6 - 7.8

چدن خاکستری 7.0 - 7.2

اجازه دهید استوانه های آهنی و آلومینیومی با همان حجم را روی ترازو قرار دهیم (شکل 122). تعادل ترازو به هم خورده است. چرا؟

برنج. 122

در کارهای آزمایشگاهی، وزن بدن را با مقایسه وزن وزنه ها با وزن بدن خود اندازه گیری می کنید. وقتی ترازوها در تعادل بودند، این جرم ها برابر بودند. عدم تعادل به این معنی است که جرم اجسام یکسان نیست. جرم سیلندر آهنی بیشتر از جرم سیلندر آلومینیومی است. اما حجم سیلندرها برابر است. این بدان معنی است که یک واحد حجم (1 سانتی متر مکعب یا 1 متر مکعب) آهن دارای جرم بیشتری از آلومینیوم است.

جرم یک ماده موجود در واحد حجم را چگالی ماده می گویند. برای یافتن چگالی، باید جرم یک ماده را بر حجم آن تقسیم کنید. چگالی با حرف یونانی ρ (rho) نشان داده می شود. سپس

چگالی = جرم/حجم

ρ = m/V.

واحد چگالی SI 1 کیلوگرم بر متر مکعب است. چگالی مواد مختلف به صورت تجربی تعیین شده و در جدول 1 ارائه شده است. شکل 123 جرم مواد شناخته شده برای شما را در حجم V = 1 m 3 نشان می دهد.

برنج. 123

چگالی جامدات، مایعات و گازها
(در فشار اتمسفر معمولی)

چگونه بفهمیم که چگالی آب ρ = 1000 کیلوگرم بر متر مکعب است؟ پاسخ این سوال از فرمول بدست می آید. جرم آب در حجم V = 1 m 3 برابر با m = 1000 کیلوگرم است.

از فرمول چگالی، جرم یک ماده

m = ρV.

از دو جسم با حجم مساوی، جسمی با چگالی ماده بیشتر جرم بیشتری دارد.

با مقایسه چگالی آهن ρl = 7800 کیلوگرم بر متر مکعب و آلومینیم ρal = 2700 کیلوگرم بر متر مکعب، متوجه می شویم که چرا در آزمایش (شکل 122 را ببینید) جرم یک استوانه آهن بزرگتر از جرم است. از یک استوانه آلومینیومی با همان حجم.

اگر حجم یک جسم در سانتی متر 3 اندازه گیری شود، برای تعیین جرم بدن راحت است از مقدار چگالی ρ که بر حسب گرم بر سانتی متر مکعب بیان می شود استفاده کنید.

فرمول چگالی ماده ρ = m/V برای اجسام همگن، یعنی برای اجسام متشکل از یک ماده استفاده می شود. اینها اجسامی هستند که حفره هوا ندارند یا حاوی ناخالصی مواد دیگر نیستند. خلوص ماده با چگالی اندازه گیری شده قضاوت می شود. آیا به عنوان مثال، فلز ارزانی داخل شمش طلا اضافه شده است؟

فکر کن و جواب بده

1. اگر به جای استوانه آهنی، استوانه ای چوبی با همان حجم روی فنجان قرار می گرفت، تعادل ترازو چگونه تغییر می کرد (شکل 122 را ببینید)؟
2. چگالی چیست؟
3. آیا چگالی یک ماده به حجم آن بستگی دارد؟ از توده ها؟
4. چگالی با چه واحدهایی اندازه گیری می شود؟
5. چگونه از واحد چگالی g/cm 3 به واحد چگالی kg/m 3 حرکت کنیم؟

جالب است بدانید!

به عنوان یک قاعده، یک ماده در حالت جامد چگالی بیشتری نسبت به حالت مایع دارد. استثناء این قاعده یخ و آب است که از مولکول های H 2 O تشکیل شده است.چگالی یخ ρ = 900 کیلوگرم بر متر مکعب است، چگالی آب؟ = 1000 کیلوگرم بر متر مکعب. چگالی یخ کمتر از چگالی آب است که نشان‌دهنده چگالی کمتر مولکول‌ها (یعنی فواصل بیشتر بین آنها) در حالت جامد ماده (یخ) نسبت به حالت مایع (آب) است. در آینده با ناهنجاری های (ناهنجاری) بسیار جالب دیگری در خواص آب مواجه خواهید شد.

چگالی متوسط ​​زمین تقریباً 5.5 گرم بر سانتی متر مکعب است. این و سایر حقایق شناخته شده برای علم به ما اجازه داد تا در مورد ساختار زمین نتیجه گیری کنیم. ضخامت متوسط ​​پوسته زمین حدود 33 کیلومتر است. پوسته زمین عمدتاً از خاک و سنگ تشکیل شده است. چگالی متوسط ​​پوسته زمین 2.7 گرم بر سانتی متر مکعب است و چگالی سنگ هایی که مستقیماً در زیر پوسته زمین قرار دارند 3.3 گرم بر سانتی متر مکعب است. اما هر دوی این مقادیر کمتر از 5.5 گرم بر سانتی متر مکعب هستند، یعنی کمتر از چگالی متوسط ​​زمین. نتیجه این است که چگالی ماده واقع در اعماق کره زمین بیشتر از چگالی متوسط ​​زمین است. دانشمندان پیشنهاد می کنند که در مرکز زمین چگالی ماده به 11.5 گرم بر سانتی متر مکعب می رسد، یعنی به چگالی سرب نزدیک می شود.

تراکم متوسط ​​بافت بدن انسان 1036 کیلوگرم بر متر مکعب، چگالی خون (در دمای 20 درجه سانتی گراد) 1050 کیلوگرم بر متر مکعب است.

چوب بالسا تراکم چوب پایینی دارد (2 برابر کمتر از چوب پنبه). قایق و کمربند نجات از آن ساخته شده است. در کوبا، درخت موی خاردار Eshinomena رشد می کند که چگالی چوب آن 25 برابر کمتر از تراکم آب است، یعنی ρ = 0.04 گرم بر سانتی متر مکعب. درخت مار دارای تراکم چوب بسیار بالایی است. درختی مانند سنگ در آب فرو می رود.

خودتان در خانه انجام دهید

چگالی صابون را اندازه گیری کنید. برای این کار از یک صابون مستطیلی شکل استفاده کنید. چگالی که اندازه گیری کردید را با مقادیر به دست آمده توسط همکلاسی های خود مقایسه کنید. آیا مقادیر چگالی حاصل برابر است؟ چرا؟

جالب است بدانید

قبلاً در طول زندگی ارشمیدس دانشمند معروف یونان باستان (شکل 124) افسانه هایی در مورد او شکل گرفت که دلیل آن اختراعات او بود که معاصرانش را شگفت زده کرد. یکی از افسانه ها می گوید که هرون دوم پادشاه سیراکوزایی از متفکر خواست تا مشخص کند که آیا تاج او از طلای خالص ساخته شده است یا اینکه جواهرساز مقدار قابل توجهی نقره را در آن مخلوط کرده است. البته تاج باید دست نخورده باقی می ماند. تعیین جرم تاج برای ارشمیدس دشوار نبود. اندازه گیری دقیق حجم تاج به منظور محاسبه چگالی فلزی که از آن ریخته می شود و تعیین اینکه آیا طلای خالص است یا خیر، بسیار دشوارتر بود. مشکل این بود که شکل اشتباهی داشت!

برنج. 124

یک روز ارشمیدس غرق در افکار تاج، در حال حمام کردن بود که در آنجا ایده درخشانی به ذهنش رسید. حجم تاج را می توان با اندازه گیری حجم آب جابجا شده توسط آن تعیین کرد (با این روش اندازه گیری حجم بدنه ای با شکل نامنظم آشنا هستید). ارشمیدس پس از تعیین حجم تاج و جرم آن، چگالی ماده ای را که جواهرساز از آن تاج ساخته است، محاسبه کرد.

همانطور که افسانه می گوید، چگالی ماده تاج کمتر از چگالی طلای خالص بود و جواهرساز نادرست گرفتار فریب شد.

تمرینات

1. چگالی مس ρ m = 8.9 g/cm 3 و چگالی آلومینیوم ρ al = 2700 kg/m 3 است. کدام ماده چگالی تر و چند برابر است؟
2. جرم یک دال بتنی که حجم آن V = 3.0 m 3 است را تعیین کنید.
3. یک توپ با حجم V = 10 سانتی متر مکعب اگر جرم آن m = 71 گرم باشد از چه ماده ای ساخته شده است؟
4. جرم شیشه پنجره را که طول آن a = 1.5 متر، ارتفاع b = 80 سانتی متر و ضخامت c = 5.0 میلی متر است، تعیین کنید.
5. جرم کل N = 7 ورق آهن سقفی یکسان m = 490 کیلوگرم. اندازه هر ورق 1*1.5 متر است ضخامت ورق را مشخص کنید.
6. سطح مقطع و جرم سیلندرهای فولادی و آلومینیومی یکسان است. ارتفاع کدام استوانه و چقدر بیشتر است؟

همه چیز در اطراف ما از مواد مختلفی تشکیل شده است. کشتی‌ها و حمام‌ها از چوب ساخته شده‌اند، آهن‌ها و تخت‌خواب‌ها از آهن، لاستیک‌ها روی چرخ‌ها و پاک‌کن‌های روی مداد از لاستیک ساخته می‌شوند. و اشیاء مختلف وزن‌های متفاوتی دارند - هر یک از ما به راحتی می‌توانیم یک خربزه آبدار رسیده را از بازار حمل کنیم، اما باید روی وزنی هم اندازه عرق کنیم.

همه این جوک معروف را به خاطر می آورند: «کدام سنگین تر است؟ یک کیلوگرم ناخن یا یک کیلوگرم کرک؟ دیگر گرفتار این ترفند کودکانه نخواهیم شد، می دانیم که وزن هر دو یکسان خواهد بود، اما حجم آن تفاوت قابل توجهی خواهد داشت. پس چرا این اتفاق می افتد؟ چرا اجسام و مواد مختلف وزن های متفاوتی با اندازه یکسان دارند؟ یا برعکس وزن یکسان با سایزهای مختلف؟ بدیهی است که یک ویژگی وجود دارد که به دلیل آن مواد بسیار متفاوت از یکدیگر هستند. در فیزیک به این مشخصه چگالی ماده می گویند و در کلاس هفتم تدریس می شود.

چگالی یک ماده: تعریف و فرمول

تعریف چگالی یک ماده به این صورت است: چگالی نشان می دهد که جرم یک ماده در واحد حجم مثلاً در یک متر مکعب چقدر است. بنابراین چگالی آب 1000 کیلوگرم بر مترمکعب و یخ 900 کیلوگرم بر متر مکعب است، به همین دلیل است که یخ سبکتر است و در زمستان بالای مخازن است. یعنی چگالی ماده در این حالت چه چیزی را به ما نشان می دهد؟ چگالی یخ 900 کیلوگرم بر متر مکعب به این معنی است که یک مکعب یخ با اضلاع یک متری 900 کیلوگرم وزن دارد. و فرمول تعیین چگالی یک ماده به صورت زیر است: چگالی = جرم/حجم. مقادیر موجود در این عبارت به شرح زیر است: جرم - m، حجم بدن - V، و چگالی با حرف ρ (حرف یونانی "rho") مشخص می شود. و فرمول را می توان به صورت زیر نوشت:

چگونه چگالی یک ماده را پیدا کنیم

چگونه چگالی یک ماده را پیدا یا محاسبه کنیم؟ برای این کار باید حجم بدن و وزن بدن را بدانید. یعنی ما ماده را اندازه گیری می کنیم، آن را وزن می کنیم و سپس به سادگی داده های به دست آمده را جایگزین فرمول می کنیم و مقدار مورد نیاز خود را پیدا می کنیم. و چگونگی اندازه گیری چگالی یک ماده از فرمول مشخص است. بر حسب کیلوگرم بر متر مکعب اندازه گیری می شود. گاهی اوقات از مقداری مانند گرم بر سانتی متر مکعب نیز استفاده می کنند. تبدیل یک مقدار به مقدار دیگر بسیار ساده است. 1 گرم = 0.001 کیلوگرم و 1 سانتی متر مکعب = 0.000001 متر مکعب. بر این اساس، 1 گرم / (سانتی متر) ^ 3 = 1000 کیلوگرم / متر 3. همچنین باید به خاطر داشت که چگالی یک ماده در حالت های مختلف تجمع متفاوت است. یعنی به صورت جامد، مایع یا گاز. چگالی جامدات اغلب بیشتر از چگالی مایعات و بسیار بیشتر از چگالی گازها است. شاید یک استثنای بسیار مفید برای ما آب باشد که همانطور که قبلا در نظر گرفتیم وزن آن در حالت جامد کمتر از حالت مایع است. به دلیل همین ویژگی عجیب آب است که امکان حیات در زمین وجود دارد. همانطور که می دانیم زندگی در سیاره ما از اقیانوس ها سرچشمه گرفته است. و اگر آب مانند همه مواد دیگر رفتار می کرد، آنگاه آب دریاها و اقیانوس ها منجمد می شد، یخ که از آب سنگین تر بود، به پایین فرو می رفت و بدون ذوب شدن در آنجا قرار می گرفت. و تنها در خط استوا، در ستون کوچکی از آب، حیات به شکل چندین گونه باکتری وجود خواهد داشت. پس میتوانیم از آب بخاطر وجودمان تشکر کنیم.

دستورالعمل ها

بنابراین، مدتهاست که همه از این موضوع غافل بوده اند که چگالی یک ماده، خواه مایع یا جامد، را می توان به صورت جرم تقسیم بر حجم محاسبه کرد. یعنی برای تعیین آزمایشی چگالی آب مایع معمولی باید: 1) یک استوانه اندازه گیری بردارید و آن را وزن کنید.
۲) داخل آن آب بریزید و حجم اشغال آن را یادداشت کنید.
3) سیلندر را با آب وزن کنید.
4) اختلاف جرم را با بدست آوردن جرم آب محاسبه کنید.
5) چگالی را با استفاده از فرمول شناخته شده محاسبه کنید

با این حال، ما متوجه شدیم که مقادیر چگالی در دماهای مختلف متفاوت است. اما شگفت انگیزترین چیز قانونی است که با آن تغییر رخ می دهد. دانشمندان در سراسر جهان هنوز در مورد این پدیده گیج هستند. هیچ کس نمی تواند معما را حل کند و به این سوال پاسخ دهد: "چرا مقدار چگالی در هنگام گرم کردن از 0 تا 3.98 و بعد از 3.98 است؟" چند سال پیش، ماساکازو ماتسوموتو، فیزیکدان ژاپنی، مدلی برای ساختار مولکول های آب ارائه کرد. بر اساس این نظریه، ریزشکل های چند ضلعی خاصی در آب - ویتریت ها تشکیل می شوند که به نوبه خود بر پدیده ازدیاد طول پیوندهای هیدروژنی و فشرده شدن مولکول های آب غالب می شوند. با این حال، این نظریه هنوز به طور تجربی تایید نشده است. نمودار چگالی نسبت به دما در زیر نشان داده شده است. برای استفاده از آن نیاز دارید: 1) مقدار دمای مورد نیاز خود را در محور مربوطه پیدا کنید.
2) عمود بر نمودار را پایین بیاورید. نقطه تلاقی خط و تابع را علامت بزنید.
3) از نقطه به دست آمده، خطی موازی با محور دما به محور چگالی رسم کنید. نقطه تقاطع مقدار مورد نظر است.مثال: دمای آب 4 درجه باشد، سپس چگالی پس از ساخت، برابر با 1 گرم بر سانتی متر^3 می شود. هر دوی این مقادیر تقریبی هستند.

برای تعیین مقدار چگالی دقیق تر، باید از جدول استفاده کنید. اگر هیچ داده ای برای مقدار دمای مورد نیاز شما وجود ندارد، پس: 1) مقادیری را که بین آنها مقدار مورد نظر قرار دارد، پیدا کنید. برای درک بهتر، اجازه دهید به یک مثال نگاه کنیم. بگذارید چگالی آب در دمای 65 درجه مورد نیاز باشد. بین 60 تا 70 هست.
2) یک صفحه مختصات رسم کنید. محور x را به عنوان دما و محور y را به عنوان چگالی مشخص کنید. نقاطی را که می دانید در نمودار (الف و ب) علامت بزنید. آنها را با یک خط مستقیم وصل کنید.
3) عمود را از مقدار دمایی که نیاز دارید به قسمت به دست آمده در بالا کاهش دهید، آن را به عنوان نقطه C علامت گذاری کنید.
4) نقاط D، E، F را همانطور که در نمودار نشان داده شده است علامت بزنید.
5) اکنون به وضوح قابل مشاهده است که مثلث های ADB و AFC مشابه هستند. سپس رابطه زیر معتبر است:
AD/AF=DB/EF، بنابراین:
(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
بر این اساس، چگالی آب در 65 درجه 0.980445 g/cm^3 است.
این روش برای یافتن مقدار را روش درون یابی می نامند.

تعریف

چگالی ماده (چگالی ماده بدن)یک کمیت فیزیکی اسکالر است که برابر است با نسبت جرم (dm) یک عنصر کوچک از یک جسم به واحد حجم آن (dV). بیشتر اوقات، چگالی یک ماده با یک حرف یونانی نشان داده می شود. بنابراین:

انواع چگالی ماده

با استفاده از عبارت (1) برای تعیین چگالی، در مورد چگالی جسم در یک نقطه صحبت می کنیم.

چگالی یک جسم به مواد جسم و حالت ترمودینامیکی آن بستگی دارد.

جایی که m جرم بدن است، V حجم بدن است.

اگر بدن ناهمگن باشد، گاهی اوقات از مفهوم چگالی متوسط ​​استفاده می کنند که به صورت زیر محاسبه می شود:

جایی که m جرم بدن است، V حجم بدن است. در فناوری برای اجسام ناهمگن (مثلاً دانه ای) از مفهوم چگالی ظاهری استفاده می شود. چگالی ظاهری به روش (3) محاسبه می شود. حجم با گنجاندن فضاها در مواد حجیم و شل (مانند ماسه، شن، دانه و غیره) تعیین می شود.

هنگام در نظر گرفتن گازها در شرایط عادی، از فرمول برای محاسبه چگالی استفاده می شود:

جایی که جرم مولی گاز است، حجم مولی گاز است که در شرایط عادی 22.4 لیتر بر مول است.

واحدهای اندازه گیری چگالی ماده

مطابق با تعریف، می توانیم بنویسیم که واحدهای اندازه گیری چگالی در سیستم SI عبارتند از: = kg/m 3

در GHS: =g/(cm) 3

در این مورد: 1 کیلوگرم بر متر 3 = (10) -3 گرم / (سانتی متر) 3.

نمونه هایی از حل مسئله

مثال

ورزش.اگر حجم اشغال شده توسط یک مولکول H 2 O تقریباً برابر m 3 باشد چگالی آب چقدر است؟ در نظر بگیرید که مولکول های موجود در آب به طور محکم بسته بندی شده اند.

که در آن m 0 جرم یک مولکول آب است. بیایید m 0 را با استفاده از رابطه شناخته شده پیدا کنیم:

که در آن N=1 تعداد مولکول‌ها (در مورد ما یک مولکول)، m جرم تعداد مولکول‌های مورد بررسی (در مورد ما m=m 0)، N A = 6.02 10 23 mol -1 – ثابت آووگادرو، = 18 10 - 3 کیلوگرم بر مول (زیرا جرم مولکولی نسبی آب M r = 18 است). بنابراین، با استفاده از عبارت (2) برای یافتن جرم یک مولکول داریم:

m 0 را با عبارت (1) جایگزین می کنیم، دریافت می کنیم:

بیایید مقدار مورد نیاز را محاسبه کنیم:

کیلوگرم بر متر 3

پاسخ.چگالی آب 10 3 کیلوگرم بر متر مکعب است.

مثال

ورزش.چگالی بلورهای کلرید سزیم (CsCl) چقدر است اگر بلورها دارای یک شبکه کریستالی مکعبی (شکل 1) باشند که در راس آن یونهای کلر (Cl -) وجود دارد و در مرکز آن یک یون سزیم (Cs +) وجود دارد. ). لبه شبکه کریستالی را d=0.41 نانومتر در نظر بگیرید.

راه حل.به عنوان مبنایی برای حل مسئله، عبارت زیر را در نظر می گیریم:

که در آن m جرم ماده است (در مورد ما، این جرم یک مولکول است - ثابت آووگادرو، کیلوگرم بر مول جرم مولی کلرید سزیم (زیرا جرم مولکولی نسبی کلرید سزیم برابر است). عبارت (2.1) برای یک مولکول شکل خواهد گرفت.