Всички строителни и експлоатационни свойства на строителните материали могат да бъдат разделени на няколко групи. Нека ги изброим:
- физични свойства;
- топлофизични;
- хидрофизични;
- химически;
- механичен.
Нека първо да поговорим какви са основните физични свойства на материалите.
Едно от най-важните физически свойства е, разбира се, плътността, която може да бъде истинска и средна.
Истинската плътност се определя като съотношението на масата на напълно плътен материал (т.е. материал, в който няма кухини, които обикновено присъстват в нормалното му, естествено състояние) към неговия обем. Изчисляване на плътността на материала(разбира се, говорим за истинска плътност) се получава по следната формула:
Където m е масата на материала (измерена в грамове), Va е неговият обем в абсолютно плътно състояние (измерен в cm3), а ρ е истинската плътност (измерена в g/cm3).
Истинската стойност на плътността показва колко тежко или леко е веществото, което е в основата на материала. Струва си да се отбележи, че изчисляването на плътността на материала в тази опция е само от спомагателен характер, за да го определят, те използват специално устройство– обемомер (другото му име е устройство на Le Chatelier). По същество това е измервателен цилиндър, в който се налива вода или друга течност, която не реагира химически с анализирания материал. Работи по следния начин: по време на процеса на изследване материалът се натрошава много фино, след това се претегля и след това се излива в устройството, като същевременно се получават данни за обема му поради изместената течност. И след това, използвайки горната формула, директно се изчислява плътността на материала.
Истинската плътност на строителните материали може да варира значително: например за стомана е 7,85 g/cm3, за гранит – 2,9 g/cm3, за дърво – 1,6 g/cm3 (тази стойност е средна и зависи от използвания материал) .
Вторият вид плътност (средна плътност на строителните материали) представлява масата на единица обем от материала в естествен вид (т.е. заедно с кухини - пори и пукнатини).
Как се определя средната плътност? Формулата за определянето му е:
където ρm е средната плътност, m е масата на материала, Ve е обемът на материала в неговата естествена форма.
Обемът на материала се определя по различни начини - зависи от формата на образеца или продукта. Самата средна стойност на плътността варира отново в доста значителен диапазон: от 10-20 kg/m3 (експандиран полистирол) до 2500 g/cm3 (тежък бетон). По принцип има материали с по-висока средна плътност.
Средната плътност на строителните материали зависи от следните фактори:
- върху порьозността на материала: ако порьозността е нула, тогава средната плътност ще бъде равна на истинската плътност, а ако порьозността се увеличи, средната плътност намалява (обратна зависимост);
- върху съдържанието на влага в материала: колкото по-висока е средната плътност, толкова повече вода има в строителния материал (въз основа на това изчисляването на плътността на материала става, когато той е напълно сух).
Много физични свойства на строителните материали (например якост, топлопроводимост, водопоглъщане) могат да бъдат установени точно въз основа на стойността на тяхната средна плътност.
Описване основни физични свойства на материалите, не може да не споменем порьозността, която показва доколко обемът на материала е изпълнен с кухини под формата на пори и пукнатини. Изчислете порьозност на строителните материалиможе да се направи по следната формула:
където P е порьозност (%), Vpore е обемът на порите в изследвания материал, Ve е обемът на материалната проба в естествената му форма.
Порьозността на строителните материали се изчислява и по други формули.
Порьозността на материалите, използвани в строителството, варира в доста широк диапазон. Така например за стъкло, полимери и метал е 0%, за гранит е 0,2-0,8%, а за топлоизолационни мазилки порьозността може да достигне 75%.
Има отворена и затворена порьозност на строителните материали. Те се различават помежду си по това, че в първия случай порите са отворени и комуникират с околната среда, а във втория са затворени. По правило един и същи материал съдържа два вида пори – затворени и отворени. Порьозността има значително влияние върху някои експлоатационни свойства на строителните материали: например при звукопоглъщащите материали, за да се подобри звукопоглъщането, се правят специално отворени пори и повърхността се перфорира.
Основните физични свойства на материалите не се ограничават до плътност и порьозност - Има и такова понятие като „празнота“, който се използва, когато говорим за продукти, специално създадени с кухини вътре (такива кухини има в керамичните тухли). Що се отнася до дефиницията, стойността на празнината характеризира степента, до която обемът на въпросния продукт е изпълнен с празнини.
Това зависи не само от неговия размер, но и от веществото, от което се състои тялото. Така телата с еднакъв обем, направени от различни вещества, имат различни маси и обратното: телата с еднаква маса, направени от различни вещества, имат различни обеми.
Плътност на тялото - връзка между маса и обем
Например железен куб с ръб 10 см има маса 7,8 кг, алуминиев куб със същите размери има маса 2,7 кг, а масата на същото кубче лед е 0,9 кг. Величината, характеризираща масата на единица обем на дадено вещество, се нарича плътност. Плътността е равна на частното от масата на тялото и неговия обем, т.е.
ρ = m/V, където ρ (да се чете „ro“) е плътността на тялото, m е неговата маса, V е обемът.
В Международната система единици SI плътността се измерва в килограми на кубичен метър (kg/m3); често се използват и несистемни единици като грамове на кубичен сантиметър (g/cm3). Очевидно е, че 1 kg/m3 = 0,001 g/cm3. Имайте предвид, че когато веществата се нагряват, тяхната плътност намалява или (по-рядко) се увеличава, но тази промяна е толкова незначителна, че се пренебрегва при изчисленията.
Нека направим уговорка, че плътността на газовете не е постоянна; Когато говорим за плътност на газ, обикновено имаме предвид неговата плътност при 0 градуса по Целзий и нормално атмосферно налягане (760 милиметра живачен стълб).
Изчисляване на телесна маса и обем
В ежедневието често се сблъскваме с необходимостта да изчисляваме масите и обемите на различни тела. Това може да се направи удобно с помощта на плътност.
Плътностите на различни вещества се определят от таблици, например плътността на водата е 1000 kg/m3, плътността на етиловия алкохол е 800 kg/m3.
От определението за плътност следва, че масата на тялото е равна на произведението от неговата плътност и обем. Обемът на тялото е равен на частното от масата и плътността. Това се използва в изчисленията:
m = ρ * V; или V = m/p;
gdn m е масата на дадено тяло, ρ е неговата плътност, V е обемът на тялото.
Нека да разгледаме пример за такова изчисление
Една празна чаша има маса m1 = 200 g. Ако в нея налеете вода, нейната маса ще бъде m2 = 400 g. Ако налеете същото количество (по обем) живак?
Решение.Нека намерим масата на излятата вода. Тя ще бъде равна на разликата между масата на чаша вода и масата на празна чаша:
m вода = m2- m1 = 400 g 200 g = 200 g.
Нека намерим обема на тази вода:
V = m / ρw = 200 g / 1 g/cm3 = 200 cm3 (p плътност на водата).
Нека намерим масата на живака в този обем:
mрт = ρртV = 13,6 g/cm3 * * 200 cm3 = 2720 g.
Нека намерим необходимата маса:
m = mрт + m1 = 2720 g + 200 g = 2920 g.
отговор:Масата на чаша с живак е 2920 грама.
Нека разгледаме по-сложен пример за изчисление
Слитък от два метала с плътност ρ1 и ρ2 има маса m и обем V. Определете обема на тези метали в слитъка.
Решение.Нека V1 е обемът на първия метал, V2 е обемът на втория метал. Тогава V1 + V2 = V; V1 = V V2; ρ1V1 + p2V2 = ρ1V1 + ρ2 (V V1) = m
Изучаването на плътността на веществата започва в курса по физика в гимназията. Тази концепция се счита за основна в по-нататъшното представяне на основите на молекулярно-кинетичната теория в курсовете по физика и химия. Целта на изучаването на структурата на материята и методите на изследване може да се приеме, че е формирането на научни представи за света.
Физиката дава първоначални представи за единна картина на света. 7 клас изучава плътността на материята въз основа на най-простите идеи за методите на изследване, практическото приложение на физическите понятия и формули.
Физически методи на изследване
Както е известно, сред методите за изследване на природните явления се разграничават наблюдението и експериментът. Те учат как да наблюдават природни явления в началното училище: правят прости измервания и често водят „Природен календар“. Тези форми на обучение могат да доведат детето до необходимостта да изучава света, да сравнява наблюдаваните явления и да идентифицира причинно-следствените връзки.
Но само един напълно проведен експеримент ще даде на младия изследовател инструментите за разкриване на тайните на природата. Развитието на експериментални и изследователски умения се извършва в практически занятия и по време на лабораторна работа.
Провеждането на експеримент в курса по физика започва с дефиниции на такива физически величини като дължина, площ, обем. В този случай се установява връзка между математическите (доста абстрактни за дете) и физическите знания. Обръщането към опита на детето и разглеждането на факти, които са му отдавна известни от научна гледна точка, допринася за формирането на необходимата компетентност у него. Целта на обучението в този случай е желанието за самостоятелно разбиране на нови неща.
Проучване на плътността
В съответствие с проблемния метод на обучение, в началото на урока можете да зададете добре познатата гатанка: „Какво е по-тежко: килограм пух или килограм чугун?“ Разбира се, 11-12 годишните могат лесно да отговорят на въпроса, който знаят. Но обръщайки се към същността на проблема, способността да се разкрие неговата особеност, води до понятието плътност.
Плътността на веществото е масата на единица обем. Таблицата, която обикновено се дава в учебници или справочни публикации, ви позволява да оцените разликите между веществата, както и агрегатните състояния на дадено вещество. Индикация за разликата във физичните свойства на твърди вещества, течности и газове, обсъдена по-рано, обяснение на тази разлика не само в структурата и относителното разположение на частиците, но и в математическия израз на характеристиките на материята, отнема изследването на физиката на различно ниво.
Таблица на плътността на веществата ви позволява да консолидирате знанията за физическото значение на изучаваната концепция. Дете, отговаряйки на въпроса: „Какво означава плътността на определено вещество?“, Разбира, че това е масата на 1 cm 3 (или 1 m 3) от веществото.
Въпросът за единиците за плътност може да бъде повдигнат още на този етап. Необходимо е да се обмислят начини за преобразуване на мерни единици в различни референтни системи. Това дава възможност да се отървете от статичното мислене и да приемете други системи за изчисление по други въпроси.
Определяне на плътността
Естествено, изучаването на физиката не може да бъде пълно без решаване на проблеми. На този етап се въвеждат формули за изчисление. по физика в 7 клас това е може би първата физична връзка на величини за децата. Обръща се специално внимание не само поради изучаването на понятията за плътност, но и поради факта на преподаване на методи за решаване на проблеми.
На този етап се залага алгоритъм за решаване на физически изчислителен проблем, идеология за прилагане на основни формули, определения и закони. Учителят се опитва да научи анализа на проблема, метода за търсене на неизвестното и особеностите на използването на мерни единици, като използва такава връзка като формулата за плътност във физиката.
Пример за решаване на проблем
Пример 1
Определете от какво вещество е направен куб с маса 540 g и обем 0,2 dm 3.
ρ -? m = 540 g, V = 0,2 dm 3 = 200 cm 3
Анализ
Въз основа на въпроса за проблема разбираме, че таблица с плътности на твърди вещества ще ни помогне да определим материала, от който е направен кубът.
Следователно ние определяме плътността на веществото. В таблиците тази стойност е дадена в g/cm3, така че обемът от dm3 се преобразува в cm3.
Решение
По дефиниция: ρ = m: V.
Дадени са ни: обем, маса. Плътността на веществото може да се изчисли:
ρ = 540 g: 200 cm 3 = 2,7 g/cm 3, което съответства на алуминий.
отговор: Кубът е изработен от алуминий.
Определяне на други количества
Използването на формулата за изчисляване на плътността ви позволява да определите други физически величини. Масата, обемът, линейните размери на телата, свързани с обема, се изчисляват лесно в задачи. Познаването на математическите формули за определяне на площта и обема на геометричните фигури се използва в задачите, което помага да се обясни необходимостта от изучаване на математика.
Пример 2
Определете дебелината на медния слой, с който е покрит детайл с повърхност 500 cm 2, ако е известно, че за покритието са използвани 5 g мед.
з - ? S = 500 cm 2, m = 5 g, ρ = 8,92 g/cm 3.
Анализ
Таблицата за плътност на веществото ви позволява да определите плътността на медта.
Нека използваме формулата за изчисляване на плътността. Тази формула съдържа обема на веществото, от който могат да се определят линейните размери.
Решение
По дефиниция: ρ = m: V, но тази формула не съдържа желаната стойност, така че използваме:
Замествайки в основната формула, получаваме: ρ = m: Sh, от което:
Нека изчислим: h = 5 g: (500 cm 2 x 8,92 g/cm 3) = 0,0011 cm = 11 микрона.
отговор: дебелината на медния слой е 11 микрона.
Експериментално определяне на плътността
Експерименталната природа на физическата наука се демонстрира чрез лабораторни експерименти. На този етап се придобиват умения за провеждане на експерименти и обяснение на резултатите от тях.
Практическата задача за определяне на плътността на дадено вещество включва:
- Определяне на плътността на течността. На този етап децата, които преди това са използвали градуиран цилиндър, могат лесно да определят плътността на течността, използвайки формулата.
- Определяне на плътността на твърдо тяло с правилна форма. Тази задача също не е под съмнение, тъй като вече са разглеждани подобни изчислителни проблеми и е натрупан опит в измерването на обеми въз основа на линейните размери на телата.
- Определяне на плътността на твърдо тяло с неправилна форма. При изпълнението на тази задача използваме метода за определяне на обема на тяло с неправилна форма с помощта на чаша. Струва си да си припомним още веднъж характеристиките на този метод: способността на твърдото вещество да измества течност, чийто обем е равен на обема на тялото. След това проблемът се решава по стандартния начин.
Разширени задачи
Можете да усложните задачата, като помолите децата да идентифицират веществото, от което е направено тялото. Таблицата на плътността на веществата, използвана в този случай, ни позволява да обърнем внимание на необходимостта от възможност за работа с референтна информация.
При решаване на експериментални задачи от студентите се изискват необходимите знания в областта на използването и преобразуването на мерните единици. Често това е причината за най-голям брой грешки и пропуски. Може би трябва да се отдели повече време на този етап от изучаването на физика; той ви позволява да сравнявате знанията и изследователския опит.
Обемна плътност
Изследването на чистата материя, разбира се, е интересно, но колко често се срещат чисти вещества? В ежедневието се сблъскваме със смеси и сплави. Какво да направите в този случай? Концепцията за насипна плътност ще попречи на учениците да направят често срещаната грешка да използват средни плътности на веществата.
Изключително необходимо е да се изясни този въпрос; да се даде възможност да се види и усети разликата между плътността на веществото и насипната плътност си струва на ранните етапи. Разбирането на тази разлика е необходимо при по-нататъшното изучаване на физиката.
Тази разлика е изключително интересна в случай на позволяване на дете да изучава обемната плътност в зависимост от уплътняването на материала и размера на отделните частици (чакъл, пясък и др.) по време на първоначалните изследователски дейности.
Относителна плътност на веществата
Сравняването на свойствата на различни вещества е доста интересно въз основа на относителната плътност на веществото - едно от тези количества.
Обикновено относителната плътност на веществото се определя по отношение на дестилирана вода. Като съотношение на плътността на дадено вещество към плътността на стандарта, тази стойност се определя с помощта на пикнометър. Но тази информация не се използва в училищния курс по природни науки; тя е интересна за задълбочено изучаване (най-често по избор).
Олимпиадното ниво на изучаване на физика и химия може също да засяга концепцията за „относителна плътност на вещество по отношение на водорода“. Обикновено се прилага за газове. За да се определи относителната плътност на газ, не е изключено да се намери съотношението на моларната маса на изследвания газ към употребата.
Предоставена е таблица за плътността на течностите при различни температури и атмосферно налягане за най-често срещаните течности. Стойностите на плътността в таблицата съответстват на посочените температури; разрешена е интерполация на данните;
Много вещества могат да бъдат в течно състояние. Течностите са вещества с различен произход и състав, които имат течливост; те могат да променят формата си под въздействието на определени сили. Плътността на течността е съотношението на масата на течността към обема, който тя заема.
Нека да разгледаме примери за плътността на някои течности. Първото вещество, за което се сещате, когато чуете думата „течност“, е водата. И това съвсем не е случайно, защото водата е най-често срещаното вещество на планетата и затова може да се приеме за идеал.
Равно на 1000 kg/m 3 за дестилирана и 1030 kg/m 3 за морска вода. Тъй като тази стойност е тясно свързана с температурата, заслужава да се отбележи, че тази „идеална“ стойност е получена при +3,7°C. Плътността на врящата вода ще бъде малко по-малка - тя е равна на 958,4 kg/m 3 при 100°C. Когато течностите се нагряват, тяхната плътност обикновено намалява.
Плътността на водата е подобна по стойност на различни хранителни продукти. Това са продукти като: разтвор на оцет, вино, 20% сметана и 30% заквасена сметана. Някои продукти се оказват по-плътни, например яйчен жълтък - плътността му е 1042 kg/m 3. По-плътни от водата са: сокът от ананас - 1084 кг/м3, гроздовият сок - до 1361 кг/м3, портокаловият сок - 1043 кг/м3, кока-колата и бирата - 1030 кг/м3.
Много вещества са с по-малка плътност от водата. Например, алкохолите са много по-леки от водата. Така че плътността е 789 kg/m3, бутилът - 810 kg/m3, метилът - 793 kg/m3 (при 20°C). Някои видове горива и масла имат дори по-ниски стойности на плътност: масло - 730-940 kg/m3, бензин - 680-800 kg/m3. Плътността на керосина е около 800 kg/m3, - 879 kg/m3, мазута - до 990 kg/m3.
| Течност | температура, °C |
Плътност на течността, кг/м3 |
|---|---|---|
| Анилин | 0…20…40…60…80…100…140…180 | 1037…1023…1007…990…972…952…914…878 |
| (ГОСТ 159-52) | -60…-40…0…20…40…80…120 | 1143…1129…1102…1089…1076…1048…1011 |
| Ацетон C3H6O | 0…20 | 813…791 |
| Белтък от пилешко яйце | 20 | 1042 |
| 20 | 680-800 | |
| 7…20…40…60 | 910…879…858…836 | |
| Бром | 20 | 3120 |
| вода | 0…4…20…60…100…150…200…250…370 | 999,9…1000…998,2…983,2…958,4…917…863…799…450,5 |
| Морска вода | 20 | 1010-1050 |
| Водата е тежка | 10…20…50…100…150…200…250 | 1106…1105…1096…1063…1017…957…881 |
| Водка | 0…20…40…60…80 | 949…935…920…903…888 |
| Подсилено вино | 20 | 1025 |
| Сухо вино | 20 | 993 |
| Газьол | 20…60…100…160…200…260…300 | 848…826…801…761…733…688…656 |
| 20…60…100…160…200…240 | 1260…1239…1207…1143…1090…1025 | |
| GTF (охлаждаща течност) | 27…127…227…327 | 980…880…800…750 |
| Dauterm | 20…50…100…150…200 | 1060…1036…995…953…912 |
| Жълтък от пилешко яйце | 20 | 1029 |
| Карборан | 27 | 1000 |
| 20 | 802-840 | |
| Азотна киселина HNO 3 (100%) | -10…0…10…20…30…40…50 | 1567…1549…1531…1513…1495…1477…1459 |
| Палмитинова киселина C 16 H 32 O 2 (конц.) | 62 | 853 |
| Сярна киселина H 2 SO 4 (конц.) | 20 | 1830 |
| Солна киселина HCl (20%) | 20 | 1100 |
| Оцетна киселина CH 3 COOH (конц.) | 20 | 1049 |
| Коняк | 20 | 952 |
| Креозот | 15 | 1040-1100 |
| 37 | 1050-1062 | |
| Ксилол C 8 H 10 | 20 | 880 |
| Меден сулфат (10%) | 20 | 1107 |
| Меден сулфат (20%) | 20 | 1230 |
| черешов ликьор | 20 | 1105 |
| мазут | 20 | 890-990 |
| фъстъчено масло | 15 | 911-926 |
| Машинно масло | 20 | 890-920 |
| Моторно масло Т | 20 | 917 |
| зехтин | 15 | 914-919 |
| (рафиниран) | -20…20…60…100…150 | 947…926…898…871…836 |
| Мед (дехидратиран) | 20 | 1621 |
| Метилов ацетат CH3COOCH3 | 25 | 927 |
| 20 | 1030 | |
| Кондензирано мляко със захар | 20 | 1290-1310 |
| Нафталин | 230…250…270…300…320 | 865…850…835…812…794 |
| Масло | 20 | 730-940 |
| Изсушаващо масло | 20 | 930-950 |
| Доматено пюре | 20 | 1110 |
| Варена меласа | 20 | 1460 |
| Нишестен сироп | 20 | 1433 |
| ПУБ | 20…80…120…200…260…340…400 | 990…961…939…883…837…769…710 |
| бира | 20 | 1008-1030 |
| ПМС-100 | 20…60…80…100…120…160…180…200 | 967…934…917…901…884…850…834…817 |
| ПЕС-5 | 20…60…80…100…120…160…180…200 | 998…971…957…943…929…902…888…874 |
| Ябълково пюре | 0 | 1056 |
| (10%) | 20 | 1071 |
| Разтвор на готварска сол във вода (20%) | 20 | 1148 |
| Захарен разтвор във вода (наситен) | 0…20…40…60…80…100 | 1314…1333…1353…1378…1405…1436 |
| Меркурий | 0…20…100…200…300…400 | 13596…13546…13350…13310…12880…12700 |
| Въглероден дисулфид | 0 | 1293 |
| Силикон (диетилполисилоксан) | 0…20…60…100…160…200…260…300 | 971…956…928…900…856…825…779…744 |
| Ябълков сироп | 20 | 1613 |
| Терпентин | 20 | 870 |
| (масленост 30-83%) | 20 | 939-1000 |
| смола | 80 | 1200 |
| Въглищен катран | 20 | 1050-1250 |
| Портокалов сок | 15 | 1043 |
| Сок от грозде | 20 | 1056-1361 |
| Сок от грейпфрут | 15 | 1062 |
| Доматен сок | 20 | 1030-1141 |
| Ябълков сок | 20 | 1030-1312 |
| Амилов алкохол | 20 | 814 |
| Бутилов алкохол | 20 | 810 |
| Изобутилов алкохол | 20 | 801 |
| Изопропилов алкохол | 20 | 785 |
| Метилов алкохол | 20 | 793 |
| Пропилов алкохол | 20 | 804 |
| Етилов алкохол C 2 H 5 OH | 0…20…40…80…100…150…200 | 806…789…772…735…716…649…557 |
| Натриево-калиева сплав (25% Na) | 20…100…200…300…500…700 | 872…852…828…803…753…704 |
| Оловно-бисмутова сплав (45%Pb) | 130…200…300…400…500..600…700 | 10570…10490…10360…10240…10120..10000…9880 |
| течност | 20 | 1350-1530 |
| Суроватка | 20 | 1027 |
| Тетракрезилоксисилан (CH3C6H4O) 4 Si | 10…20…60…100…160…200…260…300…350 | 1135…1128…1097…1064…1019…987…936…902…858 |
| Тетрахлорбифенил C 12 H 6 Cl 4 (арохлор) | 30…60…150…250…300 | 1440…1410…1320…1220…1170 |
| 0…20…50…80…100…140 | 886…867…839…810…790…744 | |
| Дизелово гориво | 20…40…60…80…100 | 879…865…852…838…825 |
| Карбураторно гориво | 20 | 768 |
| Моторно гориво | 20 | 911 |
| RT гориво | 836…821…792…778…764…749…720…692…677…648 | |
| Гориво Т-1 | -60…-40…0…20…40…60…100…140…160…200 | 867…853…824…819…808…795…766…736…720…685 |
| гориво Т-2 | -60…-40…0…20…40…60…100…140…160…200 | 824…810…781…766…752…745…709…680…665…637 |
| гориво Т-6 | -60…-40…0…20…40…60…100…140…160…200 | 898…883…855…841…827…813…784…756…742…713 |
| гориво Т-8 | -60…-40…0…20…40…60…100…140…160…200 | 847…833…804…789…775…761…732…703…689…660 |
| Гориво TS-1 | -60…-40…0…20…40…60…100…140…160…200 | 837…823…794…780…765…751…722…693…879…650 |
| Въглероден тетрахлорид (CTC) | 20 | 1595 |
| Уротопин C 6 H 12 N 2 | 27 | 1330 |
| Флуоробензен | 20 | 1024 |
| Хлоробензен | 20 | 1066 |
| Етилацетат | 20 | 901 |
| Етил бромид | 20 | 1430 |
| Етил йодид | 20 | 1933 |
| Етил хлорид | 0 | 921 |
| Етер | 0…20 | 736…720 |
| Харпий Етер | 27 | 1100 |
Индикаторите с ниска плътност се характеризират с такива течности като:терпентин 870 kg/m 3,
Нека поставим на везната железни и алуминиеви цилиндри с еднакъв обем. Балансът на везните е нарушен. защо
Нарушаването на равновесието означава, че масите на телата не са еднакви. Масата на железния цилиндър е по-голяма от масата на алуминиевия цилиндър. Но обемите на цилиндрите са равни. Това означава, че единица обем (1 cm3 или 1 m3) желязо има по-голяма маса от алуминия.
Масата на веществото, съдържащо се в единица обем, се нарича плътност на материята.
За да намерите плътността, трябва да разделите масата на веществото на неговия обем. Плътността се обозначава с гръцката буква ρ (ro). Тогава
плътност = маса/обем,
ρ = м/V .
Единицата SI за плътност е 1 kg/m3. Плътностите на различни вещества се определят експериментално и са представени в таблицата:
| вещество | ρ, kg/m3 | ρ, g/cm3 |
|---|---|---|
| Вещество в твърдо състояние при 20 °C | ||
| Осмий | 22600 | 22,6 |
| Иридий | 22400 | 22,4 |
| платина | 21500 | 21,5 |
| злато | 19300 | 19,3 |
| Олово | 11300 | 11,3 |
| Сребро | 10500 | 10,5 |
| Мед | 8900 | 8,9 |
| Месинг | 8500 | 8,5 |
| Стомана, желязо | 7800 | 7,8 |
| Калай | 7300 | 7,3 |
| Цинк | 7100 | 7,1 |
| Чугун | 7000 | 7,0 |
| Корунд | 4000 | 4,0 |
| Алуминий | 2700 | 2,7 |
| Мрамор | 2700 | 2,7 |
| Прозоречно стъкло | 2500 | 2,5 |
| Порцелан | 2300 | 2,3 |
| Бетон | 2300 | 2,3 |
| Трапезна сол | 2200 | 2,2 |
| Тухла | 1800 | 1,8 |
| Плексиглас | 1200 | 1,2 |
| Капрон | 1100 | 1,1 |
| Полиетилен | 920 | 0,92 |
| Парафин | 900 | 0,90 |
| Лед | 900 | 0,90 |
| Дъб (сух) | 700 | 0,70 |
| Бор (сух) | 400 | 0,40 |
| Корк | 240 | 0,24 |
| Течност при 20 °C | ||
| Меркурий | 13600 | 13,60 |
| Сярна киселина | 1800 | 1,80 |
| Глицерол | 1200 | 1,20 |
| Морска вода | 1030 | 1,03 |
| вода | 1000 | 1,00 |
| Слънчогледово масло | 930 | 0,93 |
| Машинно масло | 900 | 0,90 |
| Керосин | 800 | 0,80 |
| Алкохол | 800 | 0,80 |
| Масло | 800 | 0,80 |
| ацетон | 790 | 0,79 |
| Етер | 710 | 0,71 |
| Бензин | 710 | 0,71 |
| Течен калай (при t= 400 °C) | 6800 | 6,80 |
| Течен въздух (при t= -194 °C) | 860 | 0,86 |
| Газ при 20 °C | ||
| хлор | 3,210 | 0,00321 |
| Въглероден оксид (IV) (въглероден диоксид) | 1,980 | 0,00198 |
| Кислород | 1,430 | 0,00143 |
| въздух | 1,290 | 0,00129 |
| Азот | 1,250 | 0,00125 |
| Въглероден(II) оксид (въглероден оксид) | 1,250 | 0,00125 |
| Природен газ | 0,800 | 0,0008 |
| Водна пара (при t= 100 °C) | 0,590 | 0,00059 |
| Хелий | 0,180 | 0,00018 |
| Водород | 0,090 | 0,00009 |
Как разбираме, че плътността на водата е ρ = 1000 kg/m3? Отговорът на този въпрос следва от формулата. Маса вода в обем V= 1 m 3 е равно на м= 1000 кг.
От формулата за плътност, масата на веществото
м = ρ V.
От две тела с еднакъв обем тялото с по-голяма плътност на материята има по-голяма маса.
Сравнявайки плътностите на желязото ρ f = 7800 kg/m 3 и алуминия ρ al = 2700 kg/m 3, разбираме защо в експеримента масата на железен цилиндър се оказа по-голяма от масата на алуминиев цилиндър на същия обем.
Ако обемът на тялото се измерва в cm 3, тогава за определяне на телесната маса е удобно да се използва стойността на плътността ρ, изразена в g / cm 3.
Нека преобразуваме, например, плътността на водата от kg/m3 в g/cm3:
ρ in = 1000 kg/m 3 = 1000 \(\frac(1000~g)(1000000~cm^(3))\) = 1 g/cm3.
Така числената стойност на плътността на всяко вещество, изразена в g/cm 3 , е 1000 пъти по-малка от числената стойност, изразена в kg/m 3 .
Формула за плътност на веществото ρ = м/Vизползва се за хомогенни тела, т.е. за тела, състоящи се от едно вещество. Това са тела, които нямат въздушни кухини или не съдържат примеси на други вещества. По измерената плътност се съди за чистотата на веществото. Има ли например някакъв евтин метал, добавен в златно кюлче?
Като правило веществото в твърдо състояние има по-голяма плътност, отколкото в течно състояние. Изключение от това правило са ледът и водата, състоящи се от молекули H 2 O, плътността на леда е ρ = 900 kg 3, плътността на водата е ρ = 1000 kg 3. Плътността на леда е по-малка от плътността на водата, което показва по-малко плътно опаковане на молекули (т.е. по-големи разстояния между тях) в твърдо състояние на веществото (лед), отколкото в течно състояние (вода). В бъдеще ще срещнете и други много интересни аномалии (аномалии) в свойствата на водата.
Средната плътност на Земята е приблизително 5,5 g/cm 3 . Този и други факти, известни на науката, ни позволиха да направим някои изводи за структурата на Земята. Средната дебелина на земната кора е около 33 km. Земната кора е съставена предимно от почва и скали. Средната плътност на земната кора е 2,7 g / cm 3, а плътността на скалите, разположени непосредствено под земната кора, е 3,3 g / cm 3. Но и двете стойности са по-малко от 5,5 g/cm 3, т.е. по-малко от средната плътност на Земята. От това следва, че плътността на материята, намираща се в дълбините на земното кълбо, е по-голяма от средната плътност на Земята. Учените предполагат, че в центъра на Земята плътността на веществото достига 11,5 g/cm 3, тоест тя се доближава до плътността на оловото.
Средната плътност на човешката телесна тъкан е 1036 kg/m3, плътността на кръвта (при t= 20 °C) - 1050 kg/m3.
Дървото има ниска плътност (2 пъти по-малко от корка) балса. От него се правят салове и спасителни пояси. В Куба расте дърво Ешиномена бодливокосместа, чиято дървесина има плътност 25 пъти по-малка от плътността на водата, т.е. ρ ≈ 0,04 g/cm 3 . Много висока плътност на дървесината змийско дърво. Едно дърво потъва във водата като камък.
И накрая, легендата за Архимед.
Още по време на живота на известния древногръцки учен Архимед за него се създават легенди, причината за които са неговите изобретения, които удивиха съвременниците му. Една от легендите разказва, че сиракузкият цар Херон II помолил мислителя да определи дали короната му е от чисто злато или бижутерът е смесил значително количество сребро в нея. Разбира се, короната трябваше да остане непокътната. За Архимед не беше трудно да определи масата на короната. Много по-трудно беше точното измерване на обема на короната, за да се изчисли плътността на метала, от който е излята и да се определи дали е чисто злато. Трудността беше, че беше грешната форма!
Един ден Архимед, погълнат от мисли за короната, се къпе във вана, където му хрумва гениална идея. Обемът на короната може да се определи чрез измерване на обема на водата, изместена от нея (запознат ви е този метод за измерване на обема на тяло с неправилна форма). След като определи обема на короната и нейната маса, Архимед изчисли плътността на веществото, от което бижутерът направи короната.
Както гласи легендата, плътността на веществото на короната се оказала по-малка от плътността на чистото злато и нечестният бижутер бил хванат в измама.
Прочетете повече
| ← Меса. Единица за маса | ... → |