Усі будівельно-експлуатаційні властивості будівельних матеріалів можна поділити на кілька груп. Перерахуємо їх:
- Фізичні властивості;
- теплофізичні;
- гідрофізичні;
- хімічні;
- механічні.
Поговоримо насамперед про те, що є основними фізичними властивостями матеріалів.
Однією з найважливіших фізичних властивостей є, безумовно, щільність, яка буває істинною та середньою.
Справжня щільність визначається як відношення маси абсолютно щільного матеріалу (тобто матеріалу, в якому немає жодних порожнин, зазвичай присутніх у його нормальному, природному стані) до його обсягу. Розрахунок щільності матеріалу(Йдеться, звичайно, про істинну щільність) відбувається за такою формулою:
Де m – це маса матеріалу (вимірюється в грамах), Vа – його обсяг у абсолютно щільному стані (вимірюється в см3), а ρ – справжня щільність (вимірюється в г/см3).
Значення істиною щільності показує, наскільки речовина, що є основою матеріалу, важке чи легке. Розрахунок щільності матеріалу в цьому варіанті носить лише допоміжний характер, для визначення ж її користуються спеціальним приладом- Обсягоміром (інша його назва - прилад Ле Шательє). Він являє собою, по суті, мірний циліндр, в який заливається вода або будь-яка інша рідина, яка не вступає в хімічну реакцію з аналізованим матеріалом. Працює це так: у процесі дослідження матеріал дуже подрібнюють, потім зважують і потім висипають у прилад, отримуючи при цьому за рахунок витісненої рідини дані про його обсяг. А далі вже за наведеною вище формулою безпосередньо відбувається розрахунок щільності матеріалу.
Справжня щільність будівельних матеріалів може істотно відрізнятися: так, для сталі вона дорівнює 7,85 г/см3, для граніту – 2,9 г/см3, для деревини – 1,6 г/см3 (ця величина середня і залежить від матеріалу) .
Другий вид щільності (середня щільність будівельних матеріалів) є масою одиниці обсягу матеріалу у його природному вигляді (тобто. разом із порожнечами – порами і тріщинами).
Як упізнається середня щільність? Формула для її визначення така:
де ρm – середня щільність, m – маса матеріалу, Ve – обсяг матеріалу у природному вигляді.
Обсяг матеріалу визначають у різний спосіб – залежить від того, яка у зразка чи вироби форма. Саме значення середньої густини варіюється, знову ж таки, у досить значному діапазоні: від 10-20 кг/м3 (пінополістирол) до 2500 г/см3 (важкий бетон). В принципі, існують матеріали з більшою середньою щільністю.
Середня щільність будівельних матеріалів залежить від наступних факторів:
- від пористості матеріалу: якщо пористість дорівнює нулю, то середня щільність дорівнюватиме істинної щільності, а якщо пористість збільшується, середня щільність знижується (зворотна залежність);
- від вологості матеріалу: середня щільність тим вище, що більше води у будівельному матеріалі (виходячи з цього розрахунок щільності матеріалу відбувається при повній його сухості).
Багато фізичних властивостей будівельних матеріалів (припустимо, міцність, теплопровідність, водопоглинання) можна дізнатися, саме ґрунтуючись на значенні їх середньої щільності.
Описуючи основні фізичні властивості матеріалів, не можна не згадати про пористість, яка показує, наскільки обсяг матеріалу заповнений порожнечами у вигляді пір і тріщин. Розрахувати пористість будівельних матеріалівможна за допомогою наступної формули:
де П - пористість (%), Vпор - обсяг часу в досліджуваному матеріалі, Ve - обсяг зразка матеріалу в природному вигляді.
Також пористість будівельних матеріалів розраховується і за іншими формулами.
Пористість матеріалів, що застосовуються у будівництві, змінюється у досить широких межах. Так, наприклад, у скла, полімерів та металу вона дорівнює 0%, у граніту – 0,2-0,8%, а у теплоізоляційних штукатурок пористість може досягати 75%.
Розрізняють відкриту та закриту пористість будівельних матеріалів. Відрізняються вони між собою тим, що в першому випадку пори відкриті та повідомляються з навколишнім середовищем, а в другому – закриті. Як правило, в тому самому матеріалі присутні відразу два види пір – і закриті, і відкриті. Пористість істотно впливає на деякі експлуатаційні властивості будівельних матеріалів: наприклад, у звукопоглинаючих матеріалах для покращення поглинання звуків спеціально роблять відкриті пори та перфорують поверхню.
Основні фізичні властивості матеріалів не вичерпуються щільністю та пористістю – існує ще й таке поняття, як «пустотність», яке застосовують, говорячи про вироби, спеціально створені з порожнинами всередині (такі порожнечі є в керамічному цеглі). Що стосується визначення, то значення порожнечі характеризує ступінь заповнення об'єму виробу порожнечами.
Залежить не тільки від його розмірів, а й від речовини, з якої тіло складається. Так, тіла одного об'єму, виготовлені з різних речовин, мають різні маси, і назад: тіла, які мають однакові маси, виготовлені з різних речовин, мають різні об'єми.
Щільність тіла - залежність маси та об'єму
Наприклад, залізний куб із ребром 10 см має масу 7,8 кг, алюмінієвий куб тих самих розмірів має масу 2,7 кг, а маса такого ж куба з льоду 0,9 кг. Величина, що характеризує масу, що припадає на одиничний обсяг цієї речовини, називається щільністю. Щільність дорівнює частки від маси тіла та його обсягу, тобто.
ρ = m/V, де ρ (читається «ро») густина тіла, m - його маса, V об'єм.
У Міжнародній системі одиниць СІ густина вимірюється в кілограмах на кубічний метр (кг/м3); також часто використовуються позасистемні одиниці, наприклад, грам на кубічний сантиметр (г/см3). Вочевидь, 1 кг/м3 = 0,001 г/см3. Зауважимо, що з нагріванні речовин їх щільність зменшується чи (рідше) збільшується, але це зміна настільки незначно, що з розрахунках їм нехтують.
Зробимо застереження, що густина газів непостійна; коли йдеться про щільність якогось газу, зазвичай мається на увазі його щільність при 0 градусів за Цельсієм і нормальний атмосферний тиск (760 міліметрів ртутного стовпа).
Розрахунок маси та об'єму тіла
У повсякденному житті ми часто стикаємося з необхідністю розраховувати маси та обсяги різних тіл. Це зручно робити, застосовуючи густину.
Щільності різних речовин визначаються за таблицями, наприклад, густина води 1000 кг/м3, густина етилового спирту 800 кг/м3.
З визначення густини слід, що маса тіла дорівнює добутку його густини та обсягу. Об'єм тіла дорівнює приватному від маси і щільності. Цим користуються при розрахунках:
m = ρ * V; або V = m/p;
гдн m маса даного тіла, ρ його густина, V об'єм тіла.
Розглянемо приклад такого розрахунку
Порожня склянка має масу m1=200 г. Якщо налити в неї води, її маса буде m2= 400 г. Яку масу матиме ця склянка, якщо налити стільки ж (за обсягом) ртуті?
Рішення.Знайдемо масу налитої води. Вона дорівнюватиме різниці маси склянки з водою і маси порожньої склянки:
mводи = m2-m1 = 400 г 200 г = 200 г.
Знайдемо обсяг цієї води:
V = m/ρв = 200 г/1 г/см3 = 200 см3 (рів щільність води).
Знайдемо масу ртуті у цьому обсязі:
mрт = ρртV = 13,6 г/см3 * * 200 см3 = 2720 р.
Знайдемо шукану масу:
m = mрт + m1 = 2720 г + 200 г = 2920 р.
Відповідь:маса склянки з ртуттю дорівнює 2920 грамів.
Розглянемо складніший приклад розрахунку
Злиток із двох металів із щільностями ρ1 і ρ2 має масу m і об'єм V. Визначити об'єм цих металів у злитку.
Рішення.Нехай V1 обсяг першого металу, V2 обсяг другого металу. Тоді V1 + V2 = V; V1 = V V2; ρ1V1 + p2V2 = ρ1V1 + ρ2 (V V1) = m
Вивчення густини речовин починається в курсі фізики середньої школи. Це поняття вважається основним у подальшому викладі основ молекулярно-кінетичної теорії у курсах фізики та хімії. Метою вивчення будови речовини, методів дослідження можна припустити формування наукових поглядів на світі.
Початкові уявлення про єдину картину світу дає фізика. 7 клас щільність речовини вивчає на підставі найпростіших уявлень про методи дослідження, практичного застосування фізичних понять та формул.
Методи фізичного дослідження
Як відомо, серед методів дослідження явищ природи виділяють спостереження та експеримент. Проводити спостереження за природними явищами навчають у початковій школі: проводять найпростіші виміри, найчастіше ведуть «Календар природи». Ці форми навчання здатні привести дитину до необхідності вивчення світу, зіставлення явищ, що спостерігаються, виявлення причинно-наслідкових зв'язків.
Однак лише повноцінно проведений експеримент дасть до рук юному досліднику інструменти у розкритті таємниць природи. Розвиток експериментальних, дослідницьких навичок складає практичних заняттях і під час виконання лабораторних робіт.
Проведення експерименту у курсі фізики починають із визначень таких фізичних величин, як довжина, площа, обсяг. При цьому встановлюється зв'язок між математичними (для дитини досить абстрактними) та фізичними знаннями. Звернення до досвіду дитини, розгляд давно відомих йому фактів з наукового погляду сприяє формуванню в нього необхідної компетентності. Мета навчання в цьому випадку - прагнення до самостійного осягнення нового.
Вивчення щільності
Відповідно до проблемного методу навчання на початку уроку можна задати відому загадку: «Що важче: кілограм пуху чи кілограм чавуну?» Зрозуміло, 11-12-річні хлопці легко дають відповідь на відоме їм питання. Але звернення до суті питання, можливість розкрити його особливість призводить до поняття щільності.
Щільність речовини – маса одиниці його обсягу. Таблиця зазвичай наведена у підручниках чи довідкових виданнях, дозволяє оцінити різницю між речовинами, і навіть агрегатними станами речовини. Вказівка на відмінність у фізичних властивостях твердих тіл, рідин і газів, розглянуте раніше, пояснення цієї відмінності у будові і взаємному розташуванні частинок, а й у математичному вираженні показників речовини, перекладає вивчення фізики інший рівень.
Закріпити знання про фізичний сенс досліджуваного поняття дозволяє таблиця густини речовин. Дитина, даючи відповідь питанням: «Що означає величина щільності певної речовини?», розуміє, що це маса 1 см 3 (або 1 м 3) речовини.
Питання одиницях вимірювання щільності можна порушити вже цьому етапі. Необхідно розглянути способи переведення одиниць вимірювання у різних системах відліку. Це дозволяє позбутися статичності мислення, прийняти інші системи обчислень та інших питаннях.
Визначення густини
Природно, вивчення фізики може бути повним без вирішення завдань. На цьому етапі запроваджуються формули розрахунку. у фізиці 7 класу, напевно, перше фізичне співвідношення величин для дітей. Їй приділяється особлива увага не лише внаслідок вивчення понять густини, а й за фактом навчання методів вирішення завдань.
Саме на цьому етапі закладається алгоритм розв'язання фізичного обчислювального завдання, ідеологія застосування основних формул, визначень, закономірностей. Навчити аналізу завдання, способу пошуку невідомого, особливостям використання одиниць виміру вчитель намагається застосуванні такого співвідношення, як формула щільності у фізиці.
Приклад розв'язання задач
Приклад 1
Визначте, з якої речовини виготовлений кубик масою 540 г та об'ємом 0,2 дм 3 .
ρ -? m = 540 г, V = 0,2 дм 3 = 200 см 3
Аналіз
Виходячи із питання завдання, розуміємо, що визначити матеріал, з якого виготовлений кубик, нам допоможе таблиця густин твердих речовин.
Отже, визначимо густину речовини. У таблицях ця величина дана в г/см 3 тому обсяг з дм 3 переведений в см 3 .
Рішення
За визначенням: ρ = m: V.
Нам дано: обсяг, маса. Щільність речовини можна обчислити:
ρ = 540 г: 200 см 3 = 2,7 г/см 3 що відповідає алюмінію.
Відповідь: кубик з алюмінію.
Визначення інших величин
Використання формули розрахунку густини дозволяє визначати й інші фізичні величини. Маса, об'єм, лінійні розміри тіл, пов'язані з об'ємом, легко обчислюються в задачах. Знання математичних формул визначення площі та обсягу геометричних фігур застосовується у завданнях, що дозволяє пояснити необхідність вивчення математики.
Приклад 2
Визначте товщину шару міді, якою покрита деталь площею поверхні 500 см 2 якщо відомо, що на покриття витрачено 5 г міді.
h -? S = 500 см 2 m = 5 г, ρ = 8,92 г/см 3 .
Аналіз
Таблиця густини речовин дозволяє визначити величину густини міді.
Скористаємося формулою розрахунку щільності. У цій формулі є обсяг речовини, з якої можна визначити лінійні розміри.
Рішення
За визначенням: ρ = m: V, але у цій формулі немає шуканої величини, тому використовуємо:
Підставляючи в основну формулу, отримаємо: ρ = m: Sh, звідки:
Обчислимо: h = 5 г: (500 см 2 х 8,92 г/см 3) = 0,0011 см = 11 мкм.
Відповідь: Товщина шару міді дорівнює 11 мкм.
Експериментальне визначення густини
Експериментальний характер фізичної науки демонструється під час проведення лабораторних дослідів. На цьому етапі набуваються навички проведення досвіду, пояснення його результатів.
Практичне завдання визначення щільності речовини включає:
- Визначення густини рідини. На цьому етапі хлопці, які вже використовували раніше мірний циліндр, легко визначають щільність рідини з використанням формули.
- Визначення густини речовини твердого тіла правильної форми. Це завдання також не викликає сумнівів, оскільки вже розглянуто аналогічні розрахункові завдання та набуто досвіду вимірювання обсягів за лінійними розмірами тіл.
- Визначення густини твердого тіла неправильної форми. При виконанні цього завдання використовуємо метод визначення об'єму тіла неправильної форми за допомогою мензурки. Не зайве ще раз нагадати особливості цього методу: здатність твердого тіла витісняти рідину, об'єм якої дорівнює об'єму тіла. Далі завдання вирішується стандартно.
Завдання підвищеної складності
Ускладнити завдання можна, запропонувавши дітям визначити речовину, з якої виготовлено тіло. Таблиця щільності речовин, що використовується при цьому, дозволяє звернути увагу на необхідність уміння працювати з довідковою інформацією.
При вирішенні експериментальних завдань учні повинні мати необхідний обсяг знань у сфері використання та перекладу одиниць виміру. Найчастіше це викликає найбільше помилок і недоліків. Можливо, цьому етапу вивчення фізики варто виділити більше часу, він дозволяє зіставити знання та досвід дослідження.
Об'ємна щільність
Дослідження чистої речовини, зрозуміло, цікаве, але чи часто трапляються чисті речовини? У повсякденному житті ми зустрічаємося зі сумішами та сплавами. Як бути у цьому випадку? Поняття об'ємної щільності не дозволить учням зробити типовою помилкою та використовувати середні значення щільності речовин.
Пояснити це питання вкрай необхідно, дати можливість побачити, відчути різницю між густиною речовини та об'ємною густиною стоїть на ранніх етапах. Розуміння цієї відмінності необхідне подальшому вивченні фізики.
Вкрай цікава ця відмінність у випадку Дозволити дитині дослідження об'ємної щільності залежно від ущільнення матеріалу, розміру окремих частинок (жвір, пісок тощо) можна під час початкової дослідницької діяльності.
Відносна щільність речовин
Відносна щільність речовини - одна з таких величин.
Зазвичай відносну густину речовини визначають по відношенню до дистильованої води. Як відношення густини даної речовини до густини зразка, ця величина визначається за допомогою пікнометра. Але в шкільному курсі природознавства ця інформація не використовується, цікава вона при глибокому вивченні (найчастіше факультативно).
Олімпіадний рівень вивчення фізики та хімії може торкнутися і поняття «відносна щільність речовини воднем». Зазвичай його застосовують до газів. Для визначення відносної щільності газу знаходять відношення молярної маси досліджуваного газу до використання не виключається.
Наведено таблицю щільності рідин при різних температурах та атмосферному тиску для найбільш поширених рідин. Значення щільності таблиці відповідає зазначеним температурам, допускається інтерполяція даних.
Багато речовин здатні знаходиться в рідкому стані. Рідини - речовини різного походження і складу, які мають плинність, - вони здатні змінювати свою форму під дією деяких сил. Щільність рідини – це відношення маси рідини до об'єму, що вона займає.
Розглянемо приклади густини деяких рідин. Перша речовина, яка спадає на думку при слові "рідина" - це вода. І це зовсім не випадково, адже вода є найпоширенішою субстанцією на планеті, і тому її можна сприйняти як ідеал.
Рівна 1000 кг/м3 для дистильованої та 1030 кг/м3 для морської води. Оскільки ця величина тісно взаємопов'язана з температурою, слід зазначити, що це «ідеальне» значення отримано за +3,7°С. Щільність киплячої води буде дещо меншою – вона дорівнює 958,4 кг/м 3 при 100°С. При нагріванні рідин їх щільність зазвичай зменшується.
Щільність води близька за значенням різних продуктів харчування. Це такі продукти, як: розчин оцту, вино, 20% вершки і 30% сметана. Окремі продукти виявляються щільнішими, наприклад, яєчний жовток - його щільність дорівнює 1042 кг/м 3 . Щільніше за воду виявляється, наприклад,: ананасовий сік – 1084 кг/м 3 , виноградний сік – до 1361 кг/м 3 , апельсиновий сік – 1043 кг/м 3 , кока-кола та пиво – 1030 кг/м 3 .
Багато речовин за щільністю поступаються воді. Наприклад, спирти виявляються набагато легшими за воду. Так щільність дорівнює 789 кг/м 3 , бутілового - 810 кг/м 3 , метилового - 793 кг/м 3 (при 20 ° С). Окремі види палива та олії мають ще нижчі значення щільності: нафта — 730-940 кг/м 3 , бензин — 680-800 кг/м 3 . Щільність гасу становить близько 800 кг/м 3 - 879 кг/м 3 , мазуту - до 990 кг/м 3 .
| Рідина | Температура, °С |
Щільність рідини кг/м 3 |
|---|---|---|
| Анілін | 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 C 3 H 6 O | 0…20 | 813…791 |
| Білок курячого яйця | 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 |
| Вода морська | 20 | 1010-1050 |
| Вода важка | 10…20…50…100…150…200…250 | 1106…1105…1096…1063…1017…957…881 |
| Горілка | 0…20…40…60…80 | 949…935…920…903…888 |
| Вино кріплене | 20 | 1025 |
| Вино сухе | 20 | 993 |
| Газойль | 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 | |
| ГТФ (теплоносій) | 27…127…227…327 | 980…880…800…750 |
| Даутерм | 20…50…100…150…200 | 1060…1036…995…953…912 |
| Жовток яйця кури | 20 | 1029 |
| Карборан | 27 | 1000 |
| 20 | 802-840 | |
| Кислота азотна HNO 3 (100%-на) | -10…0…10…20…30…40…50 | 1567…1549…1531…1513…1495…1477…1459 |
| Кислота пальмітинова C 16 H 32 O 2 (конц.) | 62 | 853 |
| Кислота сірчана H2SO4(конц.) | 20 | 1830 |
| Кислота соляна HCl (20%-на) | 20 | 1100 |
| Оцтова кислота CH 3 COOH (конц.) | 20 | 1049 |
| Коньяк | 20 | 952 |
| Креозот | 15 | 1040-1100 |
| 37 | 1050-1062 | |
| Ксилол C 8 H 10 | 20 | 880 |
| Купорос мідний (10%) | 20 | 1107 |
| Купорос мідний (20%) | 20 | 1230 |
| Лікер вишневий | 20 | 1105 |
| Мазут | 20 | 890-990 |
| Олія арахісова | 15 | 911-926 |
| Олія машинна | 20 | 890-920 |
| Олія моторна Т | 20 | 917 |
| Масло оливкове | 15 | 914-919 |
| (Рафінір.) | -20…20…60…100…150 | 947…926…898…871…836 |
| Мед (зневоднений) | 20 | 1621 |
| Метилацетат CH 3 COOCH 3 | 25 | 927 |
| 20 | 1030 | |
| Згущене молоко з цукром | 20 | 1290-1310 |
| Нафталін | 230…250…270…300…320 | 865…850…835…812…794 |
| Нафта | 20 | 730-940 |
| Оліфа | 20 | 930-950 |
| Томатна паста | 20 | 1110 |
| Патока варена | 20 | 1460 |
| Патока крохмальна | 20 | 1433 |
| ПАБ | 20…80…120…200…260…340…400 | 990…961…939…883…837…769…710 |
| Пиво | 20 | 1008-1030 |
| ПМС-100 | 20…60…80…100…120…160…180…200 | 967…934…917…901…884…850…834…817 |
| ПЕМ-5 | 20…60…80…100…120…160…180…200 | 998…971…957…943…929…902…888…874 |
| Пюре яблучне | 0 | 1056 |
| (10%-ний) | 20 | 1071 |
| Розчин кухонної солі у воді (20%-ний) | 20 | 1148 |
| Розчин цукру у воді (насичений) | 0…20…40…60…80…100 | 1314…1333…1353…1378…1405…1436 |
| Ртуть | 0…20…100…200…300…400 | 13596…13546…13350…13310…12880…12700 |
| Сірковуглець | 0 | 1293 |
| Силікон (діетілполісілоксан) | 0…20…60…100…160…200…260…300 | 971…956…928…900…856…825…779…744 |
| Сироп яблучний | 20 | 1613 |
| Скіпідар | 20 | 870 |
| (жирність 30-83%) | 20 | 939-1000 |
| Смола | 80 | 1200 |
| Смола кам'яновугільна | 20 | 1050-1250 |
| Сік апельсиновий | 15 | 1043 |
| Сік виноградний | 20 | 1056-1361 |
| Грейпфрутовий сік | 15 | 1062 |
| Сік томатний | 20 | 1030-1141 |
| Сік яблучний | 20 | 1030-1312 |
| Спирт аміловий | 20 | 814 |
| Спирт бутиловий | 20 | 810 |
| Спирт ізобутиловий | 20 | 801 |
| Спирт ізопропіловий | 20 | 785 |
| Спирт метиловий | 20 | 793 |
| Спирт пропіловий | 20 | 804 |
| Спирт етиловий C2H5OH | 0…20…40…80…100…150…200 | 806…789…772…735…716…649…557 |
| Сплав натрій-калій (25% Na) | 20…100…200…300…500…700 | 872…852…828…803…753…704 |
| Сплав свинець-вісмут (45% Pb) | 130…200…300…400…500..600…700 | 10570…10490…10360…10240…10120..10000…9880 |
| рідке | 20 | 1350-1530 |
| Сироватка молочна | 20 | 1027 |
| Тетракрезілоксисилан (CH 3 C 6 H 4 O) 4 Si | 10…20…60…100…160…200…260…300…350 | 1135…1128…1097…1064…1019…987…936…902…858 |
| Тетрахлордифеніл 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 | |
| Паливо дизельне | 20…40…60…80…100 | 879…865…852…838…825 |
| Паливо карбюраторне | 20 | 768 |
| Паливо моторне | 20 | 911 |
| Паливо РТ | 836…821…792…778…764…749…720…692…677…648 | |
| Паливо Т-1 | -60…-40…0…20…40…60…100…140…160…200 | 867…853…824…819…808…795…766…736…720…685 |
| Паливо Т-2 | -60…-40…0…20…40…60…100…140…160…200 | 824…810…781…766…752…745…709…680…665…637 |
| Паливо Т-6 | -60…-40…0…20…40…60…100…140…160…200 | 898…883…855…841…827…813…784…756…742…713 |
| Паливо Т-8 | -60…-40…0…20…40…60…100…140…160…200 | 847…833…804…789…775…761…732…703…689…660 |
| Паливо ТС-1 | -60…-40…0…20…40…60…100…140…160…200 | 837…823…794…780…765…751…722…693…879…650 |
| Вуглець чотирихлористий (ЧХУ) | 20 | 1595 |
| Уроторопін C 6 H 12 N 2 | 27 | 1330 |
| Фторбензол | 20 | 1024 |
| Хлорбензол | 20 | 1066 |
| Етилацетат | 20 | 901 |
| Етилбромід | 20 | 1430 |
| Етіліодид | 20 | 1933 |
| Етилхлорид | 0 | 921 |
| Ефір | 0…20 | 736…720 |
| Ефір Гарпіуса | 27 | 1100 |
Низькими показниками щільності відрізняються такі рідини, як:скипидар 870 кг/м 3 ,
Поставимо на чашки терезів залізний та алюмінієвий циліндри однакового об'єму. Рівновага ваг порушилася. Чому?
Порушення рівноваги означає, що маси тіл не однакові. Маса залізного циліндра більша за масу алюмінієвого. Але об'єми циліндрів рівні. Отже, одиниця об'єму (1 см 3 чи 1 м 3 ) заліза має більшу масу, ніж алюмінію.
Маса речовини, що міститься в одиниці об'єму, називається щільністю речовини.
Щоб знайти густину, необхідно масу речовини розділити на її обсяг. Щільність позначається грецькою літерою ρ (Ро). Тоді
щільність = маса/об'єм,
ρ = m/V .
Одиницею вимірювання щільності СІ є 1 кг/м 3. Щільності різних речовин визначені на досвіді та представлені в таблиці:
| Речовина | ρ, кг/м 3 | ρ, г/см 3 |
|---|---|---|
| Речовина у твердому стані при 20 °C | ||
| Осмій | 22600 | 22,6 |
| Іридій | 22400 | 22,4 |
| Платина | 21500 | 21,5 |
| Золото | 19300 | 19,3 |
| Свинець | 11300 | 11,3 |
| Срібло | 10500 | 10,5 |
| Мідь | 8900 | 8,9 |
| Латунь | 8500 | 8,5 |
| Сталь, залізо | 7800 | 7,8 |
| Олово | 7300 | 7,3 |
| Цинк | 7100 | 7,1 |
| Чавун | 7000 | 7,0 |
| Корунд | 4000 | 4,0 |
| Алюміній | 2700 | 2,7 |
| Мармур | 2700 | 2,7 |
| Скло віконне | 2500 | 2,5 |
| Порцеляна | 2300 | 2,3 |
| Бетон | 2300 | 2,3 |
| Сіль кухонна | 2200 | 2,2 |
| Цегла | 1800 | 1,8 |
| Оргскло | 1200 | 1,2 |
| Капрон | 1100 | 1,1 |
| Поліетилен | 920 | 0,92 |
| Парафін | 900 | 0,90 |
| Лід | 900 | 0,90 |
| Дуб (сухий) | 700 | 0,70 |
| Сосна (суха) | 400 | 0,40 |
| Корок | 240 | 0,24 |
| Рідина за 20 °C | ||
| Ртуть | 13600 | 13,60 |
| Сірчана кислота | 1800 | 1,80 |
| Гліцерин | 1200 | 1,20 |
| Вода морська | 1030 | 1,03 |
| Вода | 1000 | 1,00 |
| Олія соняшникова | 930 | 0,93 |
| Олія машинна | 900 | 0,90 |
| Гас | 800 | 0,80 |
| Спирт | 800 | 0,80 |
| Нафта | 800 | 0,80 |
| Ацетон | 790 | 0,79 |
| Ефір | 710 | 0,71 |
| Бензин | 710 | 0,71 |
| Рідке олово (при t= 400 ° C) | 6800 | 6,80 |
| Рідке повітря (при t= -194 ° C) | 860 | 0,86 |
| Газ за 20 °C | ||
| Хлор | 3,210 | 0,00321 |
| Оксид вуглецю (IV) (вуглекислий газ) | 1,980 | 0,00198 |
| Кисень | 1,430 | 0,00143 |
| Повітря | 1,290 | 0,00129 |
| Азот | 1,250 | 0,00125 |
| Оксид вуглецю (II) (чадний газ) | 1,250 | 0,00125 |
| Природний газ | 0,800 | 0,0008 |
| Водяна пара (при t= 100 ° C) | 0,590 | 0,00059 |
| Гелій | 0,180 | 0,00018 |
| Водень | 0,090 | 0,00009 |
Як розуміти, що густина води ρ = 1000 кг/м 3 ? Відповідь це питання випливає з формули. Маса води в обсязі V= 1 м 3 дорівнює m= 1000 кг.
З формули густини маса речовини
m = ρ V.
З двох тіл рівного об'єму велику масу має тіло, у якого густина речовини більша.
Порівнюючи щільності заліза ρ ж = 7800 кг/м 3 і алюмінію ρ ал = 2700 кг/м 3 ми розуміємо, чому в досвіді маса залізного циліндра виявилася більшою за масу алюмінієвого циліндра такого ж об'єму.
Якщо об'єм тіла виміряний см 3 , то для визначення маси тіла зручно використовувати значення щільності ρ, виражене в г/см 3 .
Перекладемо, наприклад, щільність води з кг/м 3 г/см 3:
ρ = 1000 кг/м 3 = 1000 \(\frac(1000~г)(1000000~см^(3))\) = 1 г/см 3 .
Отже, чисельне значення щільності будь-якої речовини, виражене в г/см 3 в 1000 разів менше чисельного її значення, вираженого в кг/м 3 .
Формула густини речовини ρ = m/Vзастосовується для однорідних тіл, т. е. для тіл, які з однієї речовини. Це тіла, які мають повітряних порожнин чи містять домішок інших речовин. За значенням виміряної густини судять про чистоту речовини. Чи не доданий, наприклад, всередину злитка золота будь-який дешевий метал.
Як правило, речовина у твердому стані має щільність більшу, ніж у рідкому. Винятком із цього правила є лід і вода, що складаються з молекул H 2 O. Щільність льоду ρ = 900 кг 3 щільність води ρ = 1000 кг 3 . Щільність льоду менша за щільність води, що вказує на менш щільну упаковку молекул (тобто великі відстані між ними) у твердому стані речовини (лід), ніж у рідкому (вода). Надалі ви зустрінетеся з іншими дуже цікавими аномаліями (ненормальностями) у властивостях води.
Середня густина Землі дорівнює приблизно 5,5 г/см 3 . Цей та інші відомі науці факти дозволили зробити деякі висновки про будову Землі. Середня товщина земної кори близько 33 км. Земна кора складена переважно з ґрунту та гірських порід. Середня щільність земної кори дорівнює 2,7 г/см 3 а щільність порід, що залягають безпосередньо під земною корою, - 3,3 г/см 3 . Але обидві ці величини менше 5,5 г/см 3 , тобто менше середньої щільності Землі. Звідси випливає, що щільність речовини, що знаходиться в глибині земної кулі, більша за середню щільність Землі. Вчені припускають, що в центрі Землі щільність речовини досягає значення 11,5 г/см 3 т. е. наближається до щільності свинцю.
Середня щільність тканин тіла людини дорівнює 1036 кг/м 3 щільність крові (при t= 20 ° C) - 1050 кг/м 3 .
Малу щільність деревини (у 2 рази менша, ніж пробки) має дерево бальса. З нього роблять плоти, рятувальні пояси. На Кубі росте дерево ешиномена колючеволоса, Деревина якої має щільність в 25 разів менше щільності води, тобто ρ ≈ 0,04 г/см 3 . Дуже велика щільність деревини у зміїного дерева. Дерево тоне у воді, як камінь.
Насамкінець легенда про Архімеда.
Вже за життя знаменитого давньогрецького вченого Архімеда про нього складалися легенди, приводом для яких були його винаходи, що вражали сучасників. Одна з легенд свідчить, що сиракузький цар Герон II попросив мислителя визначити, чи з чистого золота зроблена його корона чи ювелір підмішав туди значну кількість срібла. Звичайно ж, корона при цьому мала залишитися цілою. Визначити масу корони Архімеду праці не склало. Набагато складніше було точно виміряти об'єм корони, щоб розрахувати щільність металу, з якого вона відлита, і визначити, чи це золото чисте. Труднощі полягали в тому, що вона мала неправильну форму!
Якось Архімед, поглинутий думками про корону, приймав ванну, де йому спала на думку блискуча ідея. Обсяг корони можна визначити, вимірявши об'єм витісненої нею води (вам знайомий такий спосіб вимірювання об'єму тіла неправильної форми). Визначивши обсяг корони та її масу, Архімед обчислив густину речовини, з якої ювелір виготовив корону.
Як свідчить легенда, щільність речовини корони виявилася меншою за щільність чистого золота, і нечистий на руку ювелір був викритий в обмані.
Читати далі
| ← Маса. Одиниця маси | ... → |