კრისტალების ფიზიკა

კრისტალების ფიზიკური თვისებები

სიმჭიდროვე

სიმკვრივე არის ფიზიკური სიდიდე, რომელიც განისაზღვრება ერთგვაროვანი ნივთიერებისთვის მისი ერთეული მოცულობის მასით. არაჰომოგენური ნივთიერებისთვის, სიმკვრივე გარკვეულ წერტილში გამოითვლება როგორც სხეულის მასის (მ) შეფარდების ზღვარი მის მოცულობასთან (V), როდესაც მოცულობა იკუმშება ამ წერტილამდე. ჰეტეროგენული ნივთიერების საშუალო სიმკვრივე არის თანაფარდობა m/V.

ნივთიერების სიმკვრივე დამოკიდებულია მის მასაზე ატომები, საიდანაც იგი შედგება და ნივთიერებაში ატომებისა და მოლეკულების შეფუთვის სიმკვრივეზე. რაც უფრო დიდია ატომების მასა, მით მეტია სიმკვრივე.

მაგრამ, თუ განვიხილავთ ერთსა და იმავე ნივთიერებას აგრეგაციის სხვადასხვა მდგომარეობებში, დავინახავთ, რომ მისი სიმკვრივე განსხვავებული იქნება!

მყარი არის ნივთიერების აგრეგაციის მდგომარეობა, რომელიც ხასიათდება ფორმის სტაბილურობით და ატომების თერმული მოძრაობის ბუნებით, რომლებიც ასრულებენ მცირე ვიბრაციას წონასწორული პოზიციების გარშემო. კრისტალებს ახასიათებთ სივრცითი პერიოდულობა ატომების წონასწორული პოზიციების მოწყობაში. ამორფულ სხეულებში ატომები ვიბრირებენ შემთხვევით მდებარე წერტილების გარშემო. კლასიკური ცნებების მიხედვით, მყარის სტაბილური მდგომარეობა (მინიმალური პოტენციური პოტენციური ენერგიის მქონე) არის კრისტალური. ამორფული სხეული მეტასტაბილურ მდგომარეობაშია და დროთა განმავლობაში უნდა გარდაიქმნას კრისტალურ მდგომარეობაში, მაგრამ კრისტალიზაციის დრო ხშირად იმდენად გრძელია, რომ მეტასტაბილურობა საერთოდ არ ჩანს.

ატომები ერთმანეთთან მჭიდროდ არის შეკრული და ძალიან მჭიდროდ შეფუთული. ამრიგად, მყარ მდგომარეობაში მყოფ ნივთიერებას აქვს ყველაზე მაღალი სიმკვრივე.

თხევადი მდგომარეობა მატერიის ერთ-ერთი საერთო მდგომარეობაა. სითხის მთავარი თვისება, რომელიც განასხვავებს მას აგრეგაციის სხვა მდგომარეობებისგან, არის უნარი შეუზღუდავად შეცვალოს მისი ფორმა მექანიკური სტრესების გავლენის ქვეშ, თუნდაც თვითნებურად მცირე, ხოლო პრაქტიკულად შეინარჩუნოს მოცულობა.

თხევადი მდგომარეობა ჩვეულებრივ განიხილება შუალედად მყარ და გაზი: გაზი არ ინარჩუნებს არც მოცულობას და არც ფორმას, მაგრამ მყარი ინარჩუნებს ორივეს.

თხევადი სხეულების ფორმა შეიძლება განისაზღვროს მთლიანად ან ნაწილობრივ იმით, რომ მათი ზედაპირი ელასტიური მემბრანავით იქცევა. ასე რომ, წყალი შეიძლება შეგროვდეს წვეთებით. მაგრამ სითხეს შეუძლია მიედინოს მისი სტაციონარული ზედაპირის ქვეშაც კი და ეს ასევე ნიშნავს, რომ ფორმა (თხევადი სხეულის შიდა ნაწილები) არ არის დაცული.

ატომებისა და მოლეკულების შეფუთვის სიმკვრივე ჯერ კიდევ მაღალია, ამიტომ ნივთიერების სიმკვრივე თხევად მდგომარეობაში დიდად არ განსხვავდება მყარი მდგომარეობიდან.

გაზი არის ნივთიერების აგრეგაციის მდგომარეობა, რომელსაც ახასიათებს ძალიან სუსტი ბმები მის შემადგენელ ნაწილაკებს (მოლეკულებს, ატომებს ან იონებს) შორის, ასევე მათი მაღალი მობილურობით. გაზის ნაწილაკები თითქმის თავისუფლად და ქაოტურად მოძრაობენ შეჯახებებს შორის ინტერვალებში, რომლის დროსაც ხდება მათი მოძრაობის ხასიათის მკვეთრი ცვლილება.

ნივთიერების აირისებრ მდგომარეობას იმ პირობებში, როდესაც შესაძლებელია ერთი და იგივე ნივთიერების სტაბილური თხევადი ან მყარი ფაზის არსებობა, ჩვეულებრივ ორთქლს უწოდებენ.

სითხეების მსგავსად, გაზებს აქვთ სითხე და უძლებენ დეფორმაციას. სითხეებისგან განსხვავებით, გაზებს არ აქვთ ფიქსირებული მოცულობა და არ ქმნიან თავისუფალ ზედაპირს, მაგრამ მიდრეკილნი არიან შეავსონ მთელი ხელმისაწვდომი მოცულობა (მაგალითად, ჭურჭელი).

აირისებრი მდგომარეობა არის მატერიის ყველაზე გავრცელებული მდგომარეობა სამყაროში (ვარსკვლავთშორისი მატერია, ნისლეულები, ვარსკვლავები, პლანეტარული ატმოსფეროები და ა.შ.). აირების და მათი ნარევების ქიმიური თვისებები ძალიან მრავალფეროვანია - დაბალაქტიური ინერტული აირებიდან ფეთქებადი აირის ნარევებამდე. გაზები ზოგჯერ მოიცავს არა მხოლოდ ატომებისა და მოლეკულების სისტემებს, არამედ სხვა ნაწილაკების სისტემებსაც - ფოტონებს, ელექტრონებს, ბრაუნის ნაწილაკებს, ასევე პლაზმას.

თხევადი მოლეკულებს არ აქვთ გარკვეული პოზიცია, მაგრამ ამავე დროს მათ არ აქვთ გადაადგილების სრული თავისუფლება. მათ შორის არის მიზიდულობა, საკმარისად ძლიერი, რომ ახლოს შეინარჩუნოს.

მოლეკულებს ძალიან სუსტი ბმები აქვთ ერთმანეთთან და შორდებიან ერთმანეთს. შეფუთვის სიმკვრივე ძალიან დაბალია, ამიტომ ნივთიერება არის აირისებრ მდგომარეობაში

აქვს დაბალი სიმკვრივე.

2. სიმკვრივის სახეები და საზომი ერთეულები

სიმკვრივე იზომება კგ/მ³ SI სისტემაში და გ/სმ³ GHS სისტემაში, დანარჩენი (გ/მლ, კგ/ლ, 1 ტ/ M3) – წარმოებულები.

მარცვლოვანი და ფოროვანი სხეულებისთვის არის:

ჭეშმარიტი სიმკვრივე, განისაზღვრება სიცარიელეების გათვალისწინების გარეშე

მოჩვენებითი სიმკვრივე, გამოითვლება როგორც ნივთიერების მასის თანაფარდობა მთელ მოცულობასთან, რომელიც მას იკავებს

3. სიმკვრივის პოვნის ფორმულა

სიმკვრივე გამოითვლება ფორმულით:

ამრიგად, ნივთიერების სიმკვრივის რიცხვითი მნიშვნელობა გვიჩვენებს ამ ნივთიერების ერთეული მოცულობის მასას. მაგალითად, სიმკვრივე თუჯის 7 კგ/დმ3. ეს ნიშნავს, რომ 1 დმ3 თუჯის მასა 7 კგ-ია. მტკნარი წყლის სიმკვრივეა 1 კგ/ლ. მაშასადამე, 1 ლიტრი წყლის მასა 1 კგ-ს უდრის.

გაზების სიმკვრივის გამოსათვლელად შეგიძლიათ გამოიყენოთ ფორმულა:

სადაც M არის გაზის მოლური მასა, Vm არის მოლური მოცულობა (ნორმალურ პირობებში ის უდრის 22,4 ლ/მოლს).

4. სიმკვრივის დამოკიდებულება ტემპერატურაზე

როგორც წესი, ტემპერატურის კლებასთან ერთად სიმკვრივე მატულობს, თუმცა არის ნივთიერებები, რომელთა სიმკვრივე განსხვავებულად იქცევა, მაგალითად, წყალი, ბრინჯაო და თუჯი. ამრიგად, წყლის სიმკვრივეს აქვს მაქსიმალური მნიშვნელობა 4 °C-ზე და მცირდება ტემპერატურის მატებასთან და კლებასთან ერთად.

როდესაც აგრეგაციის მდგომარეობა იცვლება, ნივთიერების სიმკვრივე მკვეთრად იცვლება: სიმკვრივე იზრდება აირისებური მდგომარეობიდან თხევადში გადასვლისას და სითხის გამაგრებისას. მართალია, წყალი გამონაკლისია ამ წესიდან, მისი სიმკვრივე მცირდება გამაგრებისას.

სხვადასხვა ბუნებრივი ობიექტებისთვის, სიმკვრივე მერყეობს ძალიან ფართო დიაპაზონში. გალაქტიკათშორის გარემოს აქვს ყველაზე დაბალი სიმკვრივე (ρ ~ 10-33 კგ/მ³). ვარსკვლავთშორისი გარემოს სიმკვრივეა დაახლოებით 10-21 კგ/მ3. მზის საშუალო სიმკვრივე დაახლოებით 1,5-ჯერ აღემატება წყლის სიმკვრივეს, უდრის 1000 კგ/მ3, ხოლო დედამიწის საშუალო სიმკვრივეა 5520 კგ/მ3. მეტალებს შორის ყველაზე მაღალი სიმკვრივე აქვს ოსმიუმს (22500 კგ/მ3), ხოლო ნეიტრონული ვარსკვლავების სიმკვრივე არის 1017÷1018 კგ/მ3 რიგის.

5. ზოგიერთი აირის სიმკვრივე

- აირებისა და ორთქლის სიმკვრივე (0°C, 101325 Pa), კგ/მ³

ჟანგბადი 1.429

ამიაკი 0,771

კრიპტონი 3743

არგონი 1.784

ქსენონი 5.851

წყალბადი 0,090

მეთანი 0,717

წყლის ორთქლი (100°C) 0.598

ჰაერი 1.293

ნახშირორჟანგი 1.977

ჰელიუმი 0,178

ეთილენი 1.260

- ზოგიერთი სახის ხის სიმკვრივე

ხის სიმკვრივე, გ/სმ³

ბალზა 0.15

ციმბირის ნაძვი 0,39

მარადმწვანე სექვოია 0.41

ცხენის წაბლი 0,56

საკვები წაბლი 0,59

კვიპაროსი 0.60

ჩიტის ალუბალი 0.61

ჰეზელი 0.63

კაკალი 0,64

არყი 0,65

გლუვი თელა 0.66

ცაცხვი 0,66

საველე ნეკერჩხალი 0.67

ტიკი 0.67

სვიტენია (მაჰაგანი) 0.70

სიკამორი 0.70

ჟოსტერი (buckthorn) 0.71

იასამნისფერი 0.80

კუნელი 0.80

პეკანი (კარია) 0,83

სანდლის ხე 0.90

ბზის ხე 0.96

Ebony ხურმა 1.08

კვებრაჩო 1.21

Gweyakum, ან backout 1.28

- სიმჭიდროველითონები(20°C-ზე) t/M3

ალუმინი 2.6889

ვოლფრამი 19.35

გრაფიტი 1.9 - 2.3

რკინა 7.874

ოქრო 19.32

კალიუმი 0,862

კალციუმი 1.55

კობალტი 8.90

ლითიუმი 0.534

მაგნიუმი 1.738

სპილენძი 8.96

ნატრიუმი 0,971

ნიკელი 8.91

Ქილა(თეთრი) 7.29

პლატინა 21.45

პლუტონიუმი 19.25

ტყვია 11.336

ვერცხლი 10.50

ტიტანი 4.505

ცეზიუმი 1.873

ცირკონიუმი 6.45

- შენადნობების სიმკვრივე (20°C-ზე)) t/M3

ბრინჯაო 7,5 - 9,1

ხის შენადნობი 9.7

დურალუმინი 2.6 - 2.9

კონსტანტინე 8.88

თითბერი 8.2 - 8.8

ნიქრომი 8.4

პლატინა-ირიდიუმი 21,62

ფოლადი 7.7 - 7.9

უჟანგავი ფოლადი (საშუალო) 7.9 - 8.2

კლასები 08Х18Н10Т, 10Х18Н10Т 7.9

კლასები 10Х17Н13М2Т, 10Х17Н13М3Т 8

კლასები 06ХН28МТ, 06ХН28МДТ 7.95

კლასები 08Х22Н6Т, 12Х21Н5Т 7.6

თეთრი თუჯის 7.6 - 7.8

ნაცრისფერი თუჯის 7.0 - 7.2

სასწორზე მოვათავსოთ ერთი მოცულობის რკინის და ალუმინის ცილინდრები (სურ. 122). სასწორის ბალანსი დაირღვა. რატომ?

ბრინჯი. 122

ლაბორატორიულ სამუშაოებში თქვენ გაზომეთ სხეულის წონა თქვენი სხეულის წონის შედარებით. როდესაც სასწორები წონასწორობაში იყო, ეს მასები თანაბარი იყო. წონასწორობა ნიშნავს, რომ სხეულების მასები არ არის იგივე. რკინის ცილინდრის მასა აღემატება ალუმინის ცილინდრის მასას. მაგრამ ცილინდრების მოცულობა თანაბარია. ეს ნიშნავს, რომ რკინის ერთეული მოცულობის (1 სმ3 ან 1 მ3) მასა უფრო დიდია ვიდრე ალუმინი.

ნივთიერების მასას, რომელსაც შეიცავს ერთეული მოცულობა ეწოდება ნივთიერების სიმკვრივეს. სიმკვრივის დასადგენად, თქვენ უნდა გაყოთ ნივთიერების მასა მის მოცულობაზე. სიმკვრივე აღინიშნება ბერძნული ასო ρ (rho). მერე

სიმკვრივე = მასა/მოცულობა

ρ = m/V.

SI სიმკვრივის ერთეულია 1 კგ/მ3. სხვადასხვა ნივთიერების სიმკვრივე განისაზღვრება ექსპერიმენტულად და წარმოდგენილია ცხრილში 1. სურათი 123 გვიჩვენებს თქვენთვის ცნობილი ნივთიერებების მასებს V = 1 მ 3 მოცულობაში.

ბრინჯი. 123

მყარი, სითხეების და აირების სიმკვრივე
(ნორმალური ატმოსფერული წნევის დროს)

როგორ გავიგოთ, რომ წყლის სიმკვრივეა ρ = 1000 კგ/მ3? ამ კითხვაზე პასუხი მომდინარეობს ფორმულიდან. წყლის მასა მოცულობაში V = 1 მ 3 უდრის m = 1000 კგ.

სიმკვრივის ფორმულიდან, ნივთიერების მასა

m = ρV.

თანაბარი მოცულობის ორი სხეულისგან მატერიის უფრო დიდი სიმკვრივის მქონე სხეულს უფრო დიდი მასა აქვს.

რკინის ρ l = 7800 კგ/მ 3 და ალუმინის ρ al = 2700 კგ/მ 3 სიმკვრივეების შედარება, ჩვენ გვესმის, რატომ აღმოჩნდა ექსპერიმენტში (იხ. სურ. 122) რკინის ცილინდრის მასა მასაზე მეტი. იგივე მოცულობის ალუმინის ცილინდრიდან.

თუ სხეულის მოცულობა იზომება სმ 3-ში, მაშინ სხეულის მასის დასადგენად მოსახერხებელია გამოვიყენოთ ρ სიმკვრივის მნიშვნელობა, გამოხატული გ/სმ 3-ში.

ნივთიერების სიმკვრივის ფორმულა ρ = m/V გამოიყენება ერთგვაროვანი სხეულებისთვის, ანუ ერთი ნივთიერებისგან შემდგარი სხეულებისთვის. ეს არის სხეულები, რომლებსაც არ აქვთ ჰაერის ღრუები ან არ შეიცავს სხვა ნივთიერებების მინარევებს. ნივთიერების სისუფთავე ფასდება გაზომილი სიმკვრივით. არის თუ არა, მაგალითად, რაიმე იაფი ლითონი დამატებული ოქროს ზოდში?

დაფიქრდი და უპასუხე

1. როგორ შეიცვლება სასწორის წონასწორობა (იხ. სურ. 122), თუ რკინის ცილინდრის ნაცვლად ჭიქაზე ხის ცილინდრი იმავე მოცულობის დადებულიყო?
2. რა არის სიმკვრივე?
3. არის თუ არა ნივთიერების სიმკვრივე დამოკიდებული მის მოცულობაზე? მასებიდან?
4. რა ერთეულებით იზომება სიმკვრივე?
5. როგორ გადავიდეთ გ/სმ 3 სიმკვრივის ერთეულიდან კგ/მ 3 სიმკვრივის ერთეულზე?

საინტერესოა იცოდე!

როგორც წესი, მყარ მდგომარეობაში მყოფ ნივთიერებას უფრო მეტი სიმკვრივე აქვს, ვიდრე თხევად მდგომარეობაში. ამ წესიდან გამონაკლისია ყინული და წყალი, რომელიც შედგება H 2 O მოლეკულებისგან.ყინულის სიმკვრივეა ρ = 900 კგ/მ 3, წყლის სიმკვრივე? = 1000 კგ/მ3. ყინულის სიმკვრივე ნაკლებია წყლის სიმკვრივეზე, რაც მიუთითებს მოლეკულების ნაკლებად მკვრივ შეფუთვაზე (ანუ მათ შორის უფრო დიდი მანძილით) ნივთიერების მყარ მდგომარეობაში (ყინული), ვიდრე თხევად მდგომარეობაში (წყალი). მომავალში წყლის თვისებებში სხვა მეტად საინტერესო ანომალიებს (ანომალიებს) შეხვდებით.

დედამიწის საშუალო სიმკვრივე არის დაახლოებით 5,5 გ/სმ 3 . ეს და მეცნიერებისთვის ცნობილი სხვა ფაქტები გვაძლევს საშუალებას გამოგვეტანა გარკვეული დასკვნები დედამიწის აგებულების შესახებ. დედამიწის ქერქის საშუალო სისქე დაახლოებით 33 კმ-ია. დედამიწის ქერქი ძირითადად ნიადაგისა და ქანებისგან შედგება. დედამიწის ქერქის საშუალო სიმკვრივეა 2,7 გ/სმ 3, ხოლო უშუალოდ დედამიწის ქერქის ქვეშ მდებარე ქანების სიმკვრივეა 3,3 გ/სმ 3. მაგრამ ორივე ეს მნიშვნელობა 5,5 გ/სმ 3-ზე ნაკლებია, ანუ დედამიწის საშუალო სიმკვრივეზე ნაკლები. აქედან გამომდინარეობს, რომ მატერიის სიმკვრივე, რომელიც მდებარეობს გლობუსის სიღრმეში, აღემატება დედამიწის საშუალო სიმკვრივეს. მეცნიერები ვარაუდობენ, რომ დედამიწის ცენტრში ნივთიერების სიმკვრივე აღწევს 11,5 გ/სმ 3, ანუ უახლოვდება ტყვიის სიმკვრივეს.

ადამიანის სხეულის ქსოვილის საშუალო სიმკვრივეა 1036 კგ/მ3, სისხლის სიმკვრივე (t=20°C-ზე) 1050 კგ/მ3.

ბალზას ხეს აქვს ხის დაბალი სიმკვრივე (2-ჯერ ნაკლები კორპზე). მისგან მზადდება რაფტები და მაშველი ღვედები. კუბაში იზრდება ეშინომენას ეკლიანი თმის ხე, რომლის ხის სიმკვრივე 25-ჯერ ნაკლებია წყლის სიმკვრივეზე, ანუ ρ = 0,04 გ/სმ 3. გველის ხეს აქვს ძალიან მაღალი ხის სიმკვრივე. ხე ქვასავით წყალში იძირება.

გააკეთეთ ეს თავად სახლში

გაზომეთ საპნის სიმკვრივე. ამისათვის გამოიყენეთ მართკუთხა ფორმის საპონი. შეადარეთ თქვენს მიერ გაზომილი სიმკვრივე თანაკლასელების მიერ მიღებულ მნიშვნელობებს. არის თუ არა მიღებული სიმკვრივის მნიშვნელობები თანაბარი? რატომ?

საინტერესოა იცოდე

უკვე ცნობილი ძველი ბერძენი მეცნიერის არქიმედეს (სურ. 124) სიცოცხლეშივე ჩამოყალიბდა მის შესახებ ლეგენდები, რისი მიზეზიც მისი გამოგონება იყო, რომელმაც მისი თანამედროვეები გააოცა. ერთ-ერთი ლეგენდა ამბობს, რომ სირაკუზანის მეფე ჰერონ II-მ მოაზროვნეს სთხოვა დაედგინა, მისი გვირგვინი სუფთა ოქროსგან იყო დამზადებული, თუ იუველირმა მასში მნიშვნელოვანი რაოდენობით ვერცხლი შეურია. რა თქმა უნდა, გვირგვინი ხელუხლებელი უნდა დარჩენილიყო. არქიმედესისთვის რთული არ იყო გვირგვინის მასის დადგენა. გაცილებით რთული იყო გვირგვინის მოცულობის ზუსტად გაზომვა, რათა გამოვთვალოთ ლითონის სიმკვრივე, საიდანაც ის იყო ჩამოსხმული და დადგინდეს, იყო თუ არა ის სუფთა ოქრო. სირთულე ის იყო, რომ ეს არასწორი ფორმა იყო!

ბრინჯი. 124

ერთ დღეს გვირგვინზე ფიქრებში ჩაფლული არქიმედე იღებდა აბაზანას, სადაც ბრწყინვალე იდეა მოუვიდა. გვირგვინის მოცულობა შეიძლება განისაზღვროს მის მიერ გადაადგილებული წყლის მოცულობის გაზომვით (თქვენ იცნობთ არარეგულარული ფორმის სხეულის მოცულობის გაზომვის ამ მეთოდს). გვირგვინის მოცულობა და მისი მასა დადგინდა, არქიმედესმა გამოთვალა ნივთიერების სიმკვრივე, საიდანაც იუველირმა დაამზადა გვირგვინი.

როგორც ლეგენდა მიდის, გვირგვინის ნივთიერების სიმკვრივე სუფთა ოქროს სიმკვრივეზე ნაკლები აღმოჩნდა და არაკეთილსინდისიერი იუველირი მოტყუებით დაიჭირეს.

Სავარჯიშოები

1. სპილენძის სიმკვრივეა ρm = 8,9 გ/სმ 3, ხოლო ალუმინის სიმკვრივეა ρ al = 2700 კგ/მ 3. რომელი ნივთიერებაა უფრო მკვრივი და რამდენჯერ?
2. განსაზღვრეთ ბეტონის ფილის მასა, რომლის მოცულობაა V = 3.0 მ 3.
3. რა ნივთიერებისგან შედგება ბურთი V = 10 სმ 3 მოცულობით, თუ მისი მასა m = 71 გ?
4. განსაზღვრეთ ფანჯრის შუშის მასა, რომლის სიგრძე a = 1,5 მ, სიმაღლე b = 80 სმ და სისქე c = 5,0 მმ.
5. მთლიანი მასა N = გადახურვის რკინის 7 იდენტური ფურცელი m = 490 კგ. თითოეული ფურცლის ზომაა 1 x 1,5 მ.განისაზღვრეთ ფურცლის სისქე.
6. ფოლადის და ალუმინის ცილინდრებს აქვთ იგივე განივი ფართობი და მასა. რომელ ცილინდრს აქვს უფრო დიდი სიმაღლე და რამდენად?

ყველაფერი ჩვენს ირგვლივ შედგება სხვადასხვა ნივთიერებისგან. გემები და აბანოები ხისგან არის აგებული, უთოები და ლოგინები რკინისგან, საბურავები ბორბლებზე და საშლელები ფანქრებზე დამზადებულია რეზინისგან. სხვადასხვა საგანს კი სხვადასხვა წონა აქვს – ნებისმიერ ჩვენგანს შეუძლია მარკეტიდან წვნიანი მწიფე ნესვის ტარება, მაგრამ იმავე ზომის წონაზე ოფლი მოგვიწევს.

ყველას ახსოვს ცნობილი ხუმრობა: „რომელია უფრო მძიმე? კილოგრამი ფრჩხილები თუ კილოგრამი ფუმფულა? ამ ბავშვურ ხრიკს აღარ ჩავვარდებით, ვიცით, რომ ორივეს წონა ერთნაირი იქნება, მაგრამ მოცულობა საგრძნობლად განსხვავებული იქნება. მაშ რატომ ხდება ეს? რატომ აქვს სხვადასხვა სხეულს და ნივთიერებას განსხვავებული წონა ერთი და იგივე ზომის? თუ პირიქით, იგივე წონა სხვადასხვა ზომის? ცხადია, არის გარკვეული მახასიათებელი, რის გამოც ნივთიერებები ასე განსხვავდებიან ერთმანეთისგან. ფიზიკაში ამ მახასიათებელს მატერიის სიმკვრივეს უწოდებენ და მეშვიდე კლასში ისწავლება.

ნივთიერების სიმკვრივე: განმარტება და ფორმულა

ნივთიერების სიმკვრივის განმარტება ასეთია: სიმკვრივე გვიჩვენებს ნივთიერების მასას მოცულობის ერთეულში, მაგალითად, ერთ კუბურ მეტრში. ასე რომ, წყლის სიმკვრივეა 1000 კგ/მ3, ყინული კი 900 კგ/მ3, რის გამოც ყინული უფრო მსუბუქია და ზამთარში წყალსაცავების თავზეა. ანუ რას გვიჩვენებს ამ შემთხვევაში მატერიის სიმკვრივე? ყინულის სიმკვრივე 900 კგ/მ3 ნიშნავს, რომ ყინულის კუბი 1 მეტრის გვერდით იწონის 900 კგ-ს. ხოლო ნივთიერების სიმკვრივის განსაზღვრის ფორმულა ასეთია: სიმკვრივე = მასა/მოცულობა. ამ გამოთქმაში შემავალი რაოდენობები შემდეგია: მასა - m, სხეულის მოცულობა - V და სიმკვრივე აღინიშნება ასო ρ (ბერძნული ასო "rho"). და ფორმულა შეიძლება დაიწეროს შემდეგნაირად:

როგორ გავიგოთ ნივთიერების სიმკვრივე

როგორ მოვძებნოთ ან გამოვთვალოთ ნივთიერების სიმკვრივე? ამისათვის თქვენ უნდა იცოდეთ სხეულის მოცულობა და წონა. ანუ გავზომოთ ნივთიერება, ავწონოთ და შემდეგ უბრალოდ ჩავანაცვლოთ მიღებული მონაცემები ფორმულაში და ვიპოვოთ ჩვენთვის საჭირო მნიშვნელობა. და როგორ იზომება ნივთიერების სიმკვრივე, ფორმულიდან ნათელია. იგი იზომება კილოგრამებში კუბურ მეტრზე. ზოგჯერ ისინი ასევე იყენებენ მნიშვნელობას, როგორიცაა გრამი კუბურ სანტიმეტრზე. ერთი მნიშვნელობის მეორეზე გადაყვანა ძალიან მარტივია. 1 გ = 0,001 კგ და 1 სმ3 = 0,000001 მ3. შესაბამისად, 1 გ/(სმ)^3 =1000კგ/მ^3. ასევე უნდა გვახსოვდეს, რომ ნივთიერების სიმკვრივე განსხვავებულია აგრეგაციის სხვადასხვა მდგომარეობაში. ანუ მყარი, თხევადი ან აირისებრი ფორმით. მყარი ნივთიერებების სიმკვრივე ყველაზე ხშირად აღემატება სითხეების სიმკვრივეს და ბევრად აღემატება აირების სიმკვრივეს. ჩვენთვის ალბათ ძალიან სასარგებლო გამონაკლისია წყალი, რომელიც, როგორც უკვე განვიხილეთ, მყარ მდგომარეობაში უფრო ნაკლებს იწონის, ვიდრე თხევადში. სწორედ წყლის ამ უცნაური თვისების გამოა შესაძლებელი დედამიწაზე სიცოცხლე. ჩვენს პლანეტაზე სიცოცხლე, როგორც ვიცით, ოკეანეებიდან წარმოიშვა. და თუ წყალი მოიქცეოდა ისევე, როგორც ყველა სხვა ნივთიერება, მაშინ ზღვებში და ოკეანეებში წყალი გაიყინებოდა, ყინული, რომელიც წყალზე მძიმე იყო, ჩაიძირებოდა ფსკერზე და იწვა იქ, რომ არ დნებოდა. და მხოლოდ ეკვატორზე, წყლის პატარა სვეტში, იარსებებდა სიცოცხლე რამდენიმე სახეობის ბაქტერიის სახით. ასე რომ, შეგვიძლია მადლობა ვუთხრათ წყალს ჩვენი არსებობისთვის.

ინსტრუქციები

ასე რომ, ყველამ დიდი ხანია არ იცის, რომ ნივთიერების სიმკვრივე, იქნება ეს თხევადი თუ მყარი აგრეგატი, შეიძლება გამოითვალოს, როგორც მასა გაყოფილი მოცულობაზე. ანუ ჩვეულებრივი თხევადი წყლის სიმკვრივის ექსპერიმენტულად დასადგენად საჭიროა: 1) აიღოთ საზომი ცილინდრი და აწონოთ.
2) ჩაასხით მასში წყალი და ჩაწერეთ რა მოცულობა იკავებს მას.
3) აწონეთ ცილინდრი წყლით.
4) გამოთვალეთ მასის სხვაობა წყლის მასის მიღებით.
5) გამოთვალეთ სიმკვრივე ცნობილი ფორმულის გამოყენებით

თუმცა, ჩვენ შევამჩნიეთ, რომ სიმკვრივის მნიშვნელობები განსხვავდება სხვადასხვა ტემპერატურაზე. მაგრამ ყველაზე გასაოცარი ის კანონია, რომლითაც ხდება ცვლილება. მეცნიერები მთელ მსოფლიოში ჯერ კიდევ აწუხებენ ამ ფენომენს. ვერავინ ამოხსნის საიდუმლოს და უპასუხებს კითხვას: "რატომ არის სიმკვრივის მნიშვნელობა გათბობის დროს 0-დან 3.98-მდე და 3.98-ის შემდეგ?" რამდენიმე წლის წინ, იაპონელმა ფიზიკოსმა მასაკაზუ მაცუმოტომ შემოგვთავაზა წყლის მოლეკულების სტრუქტურის მოდელი. ამ თეორიის მიხედვით წყალში წარმოიქმნება გარკვეული მრავალკუთხა მიკროფორმაციები - ვიტრიტები, რომლებიც თავის მხრივ ჭარბობენ წყალბადის ბმების გახანგრძლივების და წყლის მოლეკულების შეკუმშვის ფენომენს. თუმცა, ეს თეორია ჯერ არ არის დადასტურებული ექსპერიმენტულად. სიმკვრივისა და ტემპერატურის დიაგრამა ნაჩვენებია ქვემოთ. მის გამოსაყენებლად საჭიროა: 1) იპოვეთ თქვენთვის საჭირო ტემპერატურის მნიშვნელობა შესაბამის ღერძზე.
2) გრაფიკის პერპენდიკულარის დაწევა. მონიშნეთ წრფისა და ფუნქციის გადაკვეთის წერტილი.
3) მიღებული წერტილიდან დახაზეთ ხაზი ტემპერატურის ღერძის პარალელურად სიმკვრივის ღერძამდე. გადაკვეთის წერტილი არის სასურველი მნიშვნელობა მაგალითი: წყლის ტემპერატურა იყოს 4 გრადუსი, მაშინ სიმკვრივე, აგების შემდეგ, გამოდის 1 გ/სმ^3-ის ტოლი. ორივე ეს მნიშვნელობა მიახლოებითია.

უფრო ზუსტი სიმკვრივის მნიშვნელობის დასადგენად, თქვენ უნდა გამოიყენოთ ცხრილი. თუ იქ არ არის მონაცემები თქვენთვის საჭირო ტემპერატურის მნიშვნელობის შესახებ, მაშინ: 1) იპოვეთ მნიშვნელობები, რომელთა შორის მდებარეობს სასურველი მნიშვნელობა. უკეთესი გაგებისთვის, მოდით შევხედოთ მაგალითს. დაე, წყლის სიმკვრივე იყოს საჭირო 65 გრადუს ტემპერატურაზე. ეს არის 60-დან 70-მდე.
2) დახაზეთ კოორდინატთა სიბრტყე. მიუთითეთ x-ღერძი, როგორც ტემპერატურა და y-ღერძი, როგორც სიმკვრივე. მონიშნეთ თქვენთვის ცნობილი წერტილები გრაფიკზე (A და B). შეაერთეთ ისინი სწორი ხაზით.
3) ტემპერატურის მნიშვნელობიდან პერპენდიკულარი ჩამოწიეთ ზემოთ მიღებულ სეგმენტზე, მონიშნეთ როგორც C წერტილი.
4) მონიშნეთ პუნქტები D, E, F, როგორც ნაჩვენებია გრაფიკზე.
5) ახლა აშკარად ჩანს, რომ სამკუთხედები ADB და AFC მსგავსია. მაშინ შემდეგი კავშირი მოქმედებს:
AD/AF=DB/EF, შესაბამისად:
(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
შესაბამისად, წყლის სიმკვრივე 65 გრადუსზე არის 0,980445 გ/სმ^3
მნიშვნელობის პოვნის ამ მეთოდს ინტერპოლაციის მეთოდი ეწოდება.

განმარტება

მატერიის სიმკვრივე (სხეულის მატერიის სიმკვრივე)არის სკალარული ფიზიკური სიდიდე, რომელიც უდრის სხეულის მცირე ელემენტის მასის (dm) თანაფარდობას მის ერთეულ მოცულობასთან (dV). ყველაზე ხშირად, ნივთიერების სიმკვრივე აღინიშნება ბერძნული ასოებით. Ისე:

მატერიის სიმკვრივის სახეები

გამოთქმის (1) გამოყენებით სიმკვრივის დასადგენად, ჩვენ ვსაუბრობთ სხეულის სიმკვრივეზე წერტილში.

სხეულის სიმკვრივე დამოკიდებულია სხეულის მასალაზე და მის თერმოდინამიკურ მდგომარეობაზე.

სადაც m არის სხეულის მასა, V არის სხეულის მოცულობა.

თუ სხეული არაერთგვაროვანია, მაშინ ზოგჯერ ისინი იყენებენ საშუალო სიმკვრივის კონცეფციას, რომელიც გამოითვლება შემდეგნაირად:

სადაც m არის სხეულის მასა, V არის სხეულის მოცულობა. ტექნოლოგიაში, არაჰომოგენური (მაგალითად, მარცვლოვანი) სხეულებისთვის გამოიყენება ნაყარი სიმკვრივის კონცეფცია. ნაყარი სიმკვრივე გამოითვლება ისევე, როგორც (3). მოცულობა განისაზღვრება ნაყარი და ფხვიერი მასალების (როგორიცაა ქვიშა, ხრეში, მარცვლეული და ა.შ.) ჩართულობით.

ნორმალურ პირობებში გაზების განხილვისას სიმკვრივის გამოსათვლელად გამოიყენება ფორმულა:

სადაც არის გაზის მოლური მასა, არის გაზის მოლური მოცულობა, რომელიც ნორმალურ პირობებში არის 22,4 ლ/მოლი.

მატერიის სიმკვრივის საზომი ერთეულები

განმარტების შესაბამისად შეგვიძლია დავწეროთ, რომ SI სისტემაში სიმკვრივის საზომი ერთეულებია: = კგ/მ 3

GHS-ში: =გ/(სმ) 3

ამ შემთხვევაში: 1 კგ/მ 3 = (10) -3 გ/(სმ) 3.

პრობლემის გადაჭრის მაგალითები

მაგალითი

ვარჯიში.რა არის წყლის სიმკვრივე, თუ H 2 O-ს ერთი მოლეკულის მოცულობა დაახლოებით m 3-ის ტოლია? ჩათვალეთ, რომ წყალში მოლეკულები მჭიდროდ არის შეფუთული.

სადაც m 0 არის წყლის მოლეკულის მასა. ვიპოვოთ m 0 ცნობილი მიმართების გამოყენებით:

სადაც N=1 არის მოლეკულების რაოდენობა (ჩვენს შემთხვევაში ერთი მოლეკულა), m არის განსახილველი მოლეკულების რაოდენობის მასა (ჩვენს შემთხვევაში m=m 0), N A =6.02 10 23 მოლ -1 – ავოგადროს მუდმივი, =18 10 - 3 კგ/მოლი (რადგან წყლის ფარდობითი მოლეკულური მასაა M r =18). მაშასადამე, გამოხატვის (2) გამოყენებით ერთი მოლეკულის მასის საპოვნელად გვაქვს:

ჩაანაცვლეთ m 0 გამოსახულებით (1), მივიღებთ:

მოდით გამოვთვალოთ საჭირო მნიშვნელობა:

კგ/მ 3

უპასუხე.წყლის სიმკვრივეა 10 3 კგ/მ 3.

მაგალითი

ვარჯიში.რა არის ცეზიუმის ქლორიდის (CsCl) კრისტალების სიმკვრივე, თუ კრისტალებს აქვთ კუბური კრისტალური ბადე (ნახ. 1), რომლის წვეროებზე არის ქლორის იონები (Cl -), ხოლო ცენტრში არის ცეზიუმის იონი (Cs +). ). მივიჩნიოთ ბროლის გისოსის კიდე d=0,41 ნმ.

გამოსავალი.პრობლემის გადაჭრის საფუძვლად ვიღებთ შემდეგ გამოთქმას:

სადაც m არის ნივთიერების მასა (ჩვენს შემთხვევაში, ეს არის ერთი მოლეკულის მასა - ავოგადროს მუდმივი, კგ/მოლ ცეზიუმის ქლორიდის მოლური მასა (რადგან ცეზიუმის ქლორიდის ფარდობითი მოლეკულური მასა ტოლია). გამოხატულება (2.1) ერთი მოლეკულისთვის მიიღებს ფორმას.