Trong nhiều ngành công nghiệp, cũng như trong xây dựng và nông nghiệp, khái niệm “mật độ vật liệu” được sử dụng. Đây là một đại lượng được tính toán bằng tỷ lệ khối lượng của một chất với thể tích mà nó chiếm giữ. Ví dụ, biết được thông số này đối với bê tông, người xây dựng có thể tính toán số lượng cần thiết khi đổ các kết cấu bê tông cốt thép khác nhau: khối xây dựng, trần nhà, tường nguyên khối, cột, quan tài bảo vệ, bể bơi, cống và các vật thể khác.
Cách xác định mật độ
Điều quan trọng cần lưu ý là khi xác định mật độ của vật liệu xây dựng, bạn có thể sử dụng các bảng tham chiếu đặc biệt đưa ra các giá trị này cho các chất khác nhau. Các phương pháp và thuật toán tính toán cũng đã được phát triển để có thể thu được dữ liệu đó trong thực tế nếu không có quyền truy cập vào tài liệu tham khảo.
Mật độ được xác định bởi:
- chất lỏng với thiết bị tỷ trọng kế (ví dụ, quy trình nổi tiếng để đo các thông số chất điện phân của ắc quy ô tô);
- chất rắn và chất lỏng sử dụng công thức với dữ liệu ban đầu về khối lượng và thể tích.
Tất nhiên, tất cả các phép tính độc lập sẽ có sai sót, vì rất khó xác định thể tích một cách đáng tin cậy nếu vật thể có hình dạng không đều.
Lỗi trong đo mật độ
- Lỗi có tính chất hệ thống. Nó xuất hiện liên tục hoặc có thể thay đổi theo một quy luật nhất định trong quá trình thực hiện nhiều phép đo của cùng một thông số. Liên quan đến sai số của thang đo, độ nhạy của thiết bị thấp hoặc độ chính xác của các công thức tính toán. Vì vậy, ví dụ, bằng cách xác định khối lượng cơ thể bằng trọng lượng và bỏ qua ảnh hưởng của lực nổi, dữ liệu thu được gần đúng.
- Lỗi là ngẫu nhiên. Nó được gây ra bởi các lý do xuất hiện và có tác động khác nhau đến độ tin cậy của dữ liệu được xác định. Những thay đổi về nhiệt độ môi trường, áp suất khí quyển, rung động trong phòng, bức xạ vô hình và rung động không khí đều được phản ánh trong các phép đo. Không thể tránh hoàn toàn ảnh hưởng như vậy.
- Lỗi làm tròn giá trị. Khi lấy dữ liệu trung gian trong tính toán công thức, các số thường có nhiều chữ số có nghĩa sau dấu thập phân. Sự cần thiết phải giới hạn số lượng các ký tự này đồng nghĩa với việc xuất hiện lỗi. Sự thiếu chính xác này có thể được giảm bớt một phần bằng cách để lại trong các phép tính trung gian một số bậc có độ lớn lớn hơn mức yêu cầu của kết quả cuối cùng.
- Lỗi sơ suất (sai sót) phát sinh do tính toán sai, bao gồm không chính xác các giới hạn đo hoặc toàn bộ thiết bị, hồ sơ kiểm soát không đọc được. Dữ liệu thu được theo cách này có thể khác biệt nhiều so với các phép tính được thực hiện tương tự. Vì vậy, chúng nên được loại bỏ và công việc được thực hiện lại.
Đo mật độ thực
Khi xem xét mật độ của vật liệu xây dựng, bạn cần tính đến chỉ số thực sự của nó. Đó là, khi cấu trúc của một chất có đơn vị thể tích không chứa vỏ, lỗ rỗng và tạp chất lạ. Trong thực tế, không có sự đồng nhất tuyệt đối, ví dụ như khi đổ bê tông vào khuôn. Để xác định cường độ thực của nó, phụ thuộc trực tiếp vào mật độ của vật liệu, các thao tác sau được thực hiện:
- Cấu trúc được nghiền thành trạng thái bột. Ở giai đoạn này, lỗ chân lông được loại bỏ.
- Làm khô ở nhiệt độ trên 100 độ và loại bỏ hơi ẩm còn lại khỏi mẫu.
- Làm nguội đến nhiệt độ phòng và lọc qua rây mịn có cỡ mắt lưới 0,20 x 0,20 mm để tạo độ đồng đều cho bột.
- Mẫu thu được sẽ được cân trên cân điện tử có độ chính xác cao. Thể tích được tính bằng máy đo thể tích bằng cách nhúng vào cấu trúc chất lỏng và đo chất lỏng dịch chuyển (phân tích tỷ trọng).
Việc tính toán được thực hiện theo công thức:
m là khối lượng của mẫu, tính bằng g;
V là giá trị thể tích tính bằng cm3.
Đo mật độ tính bằng kg/m 3 thường được áp dụng.
Mật độ vật liệu trung bình
Để xác định cách vật liệu xây dựng hoạt động trong điều kiện vận hành thực tế dưới tác động của độ ẩm, nhiệt độ dương và âm cũng như tải trọng cơ học, bạn cần sử dụng mật độ trung bình. Nó đặc trưng cho trạng thái vật lý của vật liệu.
Nếu mật độ thực là một giá trị không đổi và chỉ phụ thuộc vào thành phần hóa học và cấu trúc của mạng tinh thể của chất thì mật độ trung bình được xác định bởi độ xốp của cấu trúc. Nó biểu thị tỷ lệ khối lượng của vật liệu ở trạng thái đồng nhất với thể tích không gian bị chiếm dụng trong điều kiện tự nhiên.
Mật độ trung bình giúp kỹ sư hình dung về độ bền cơ học, tốc độ hấp thụ độ ẩm, hệ số dẫn nhiệt và các yếu tố quan trọng khác được sử dụng trong việc xây dựng các phần tử.
Khái niệm về mật độ khối
Được giới thiệu để phân tích vật liệu xây dựng số lượng lớn (cát, sỏi, đất sét trương nở, v.v.). Chỉ số này rất quan trọng để tính toán việc sử dụng hiệu quả chi phí của một số thành phần nhất định trong hỗn hợp xây dựng. Nó cho thấy tỷ lệ khối lượng của một chất với thể tích mà nó chiếm ở trạng thái cấu trúc lỏng lẻo.
Ví dụ, nếu biết hình dạng hạt của vật liệu và mật độ trung bình của hạt thì rất dễ xác định thông số độ rỗng. Khi sản xuất bê tông, tốt hơn nên sử dụng chất độn (sỏi, đá dăm, cát) có chất khô ít xốp hơn, vì vật liệu xi măng nền sẽ được sử dụng để lấp đầy, điều này sẽ làm tăng chi phí.
Chỉ số mật độ của một số vật liệu
Nếu chúng ta lấy dữ liệu được tính toán từ một số bảng, thì trong đó:
- vật liệu chứa canxi, silicon và oxit nhôm thay đổi từ 2400 đến 3100 kg mỗi m3.
- Các loại gỗ có gốc cellulose - 1550 kg mỗi m3.
- Chất hữu cơ (cacbon, oxy, hydro) - 800-1400 kg mỗi m3.
- Kim loại: thép - 7850, nhôm - 2700, chì - 11300 kg mỗi m 3.
Với các công nghệ xây dựng công trình hiện đại, chỉ số mật độ vật liệu rất quan trọng xét về độ bền của kết cấu chịu lực. Tất cả các chức năng cách nhiệt và chống ẩm đều được thực hiện bằng vật liệu mật độ thấp có cấu trúc ô kín.
Mọi người bắt gặp từ “đại chúng” rất thường xuyên trong cuộc sống hàng ngày. Nó được viết trên bao bì sản phẩm và tất cả các đồ vật xung quanh chúng ta cũng có khối lượng riêng.
Định nghĩa 1
Khối lượng thường được hiểu là một đại lượng vật lý biểu thị lượng chất có trong một cơ thể.
Qua môn vật lý, chúng ta biết rằng mọi chất đều bao gồm các thành phần cấu thành: nguyên tử và phân tử. Ở các chất khác nhau, khối lượng của nguyên tử và phân tử không giống nhau nên khối lượng của vật thể phụ thuộc vào đặc tính của các hạt siêu nhỏ. Có một mối quan hệ dựa trên đó rõ ràng rằng sự sắp xếp dày đặc hơn của các nguyên tử trong cơ thể sẽ làm tăng tổng khối lượng và ngược lại.
Hiện nay, có nhiều tính chất khác nhau của vật chất có thể được sử dụng để mô tả khối lượng:
- khả năng chống cự của cơ thể khi tốc độ thay đổi;
- khả năng của cơ thể bị thu hút bởi một vật thể khác;
- thành phần định lượng của các hạt trong một cơ thể nhất định;
- lượng công việc cơ thể thực hiện.
Giá trị số của trọng lượng cơ thể vẫn ở mức như nhau trong mọi trường hợp. Khi giải các bài toán, giá trị bằng số của khối lượng cơ thể có thể được lấy như nhau, vì khối lượng phản ánh không phụ thuộc vào tính chất nào của vật chất.
Quán tính
Có hai loại khối lượng:
- khối lượng trơ;
- khối lượng hấp dẫn.
Lực cản của một vật trước những nỗ lực thay đổi tốc độ của nó được gọi là quán tính. Không phải mọi vật đều có thể thay đổi tốc độ ban đầu với cùng một lực, vì chúng có khối lượng quán tính khác nhau. Một số vật thể, dưới tác động tương tự từ các vật thể khác bao quanh nó, có thể nhanh chóng thay đổi tốc độ, trong khi những vật thể khác, trong những điều kiện giống hệt nhau, không thể, nghĩa là chúng thay đổi tốc độ chậm hơn đáng kể so với vật thể đầu tiên.
Quán tính thay đổi dựa trên đặc điểm khối lượng cơ thể. Một vật thay đổi tốc độ chậm hơn thì có khối lượng lớn. Thước đo quán tính của vật là khối lượng quán tính của vật. Khi hai vật tương tác với nhau thì vận tốc của cả hai vật thay đổi. Trong trường hợp này, người ta thường nói rằng các vật thể thu được gia tốc.
$\frac(a_1)(a_2) = \frac(m_2)(m_1)$
Tỷ số giữa các mô đun gia tốc của các vật thể tương tác với nhau bằng tỷ lệ nghịch đảo khối lượng của chúng.
Lưu ý 1
Khối lượng hấp dẫn là thước đo tương tác hấp dẫn của các vật thể. Khối lượng quán tính và trọng trường tỷ lệ thuận với nhau. Sự bằng nhau của khối lượng hấp dẫn và quán tính đạt được bằng cách chọn hệ số tỷ lệ. Nó phải bằng một.
Khối lượng được đo bằng đơn vị SI tính bằng kilôgam (kg).
Tính chất của khối lượng
Khối lượng có một số tính chất cơ bản:
- nó luôn tích cực;
- khối lượng của một hệ vật thể bằng tổng khối lượng của các vật thể có trong hệ đó;
- khối lượng trong cơ học cổ điển không phụ thuộc vào tốc độ chuyển động của vật và bản chất của nó;
- khối lượng của một hệ kín được bảo toàn trong trường hợp các vật thể tương tác với nhau.
Để đo giá trị khối lượng, một tiêu chuẩn khối lượng đã được áp dụng ở cấp độ quốc tế. Nó được gọi là kilôgam. Tiêu chuẩn được lưu trữ ở Pháp và là một hình trụ bằng kim loại, chiều cao và đường kính là 39 mm. Tiêu chuẩn là một giá trị phản ánh khả năng của một cơ thể bị thu hút bởi một cơ thể khác.
Khối lượng trong hệ SI được ký hiệu bằng chữ cái Latinh nhỏ $m$. Khối lượng là một đại lượng vô hướng.
Có một số cách để xác định khối lượng trong thực tế. Phương pháp được sử dụng phổ biến nhất là cân cơ thể trên cân. Đây là cách đo khối lượng hấp dẫn. Có nhiều loại cân khác nhau:
- điện tử:
- đòn bẩy;
- mùa xuân.
Đo trọng lượng cơ thể bằng cách cân trên cân là phương pháp cổ xưa nhất. Nó đã được cư dân Ai Cập cổ đại sử dụng cách đây 4 nghìn năm. Ngày nay, các thiết kế quy mô có hình dạng và kích cỡ khác nhau. Chúng cho phép bạn xác định trọng lượng cơ thể của các hình dạng siêu nhỏ cũng như hàng hóa nặng nhiều tấn. Những chiếc cân như vậy thường được sử dụng trong các doanh nghiệp vận tải hoặc công nghiệp.
Khái niệm về mật độ vật chất
Định nghĩa 2
Mật độ là một đại lượng vật lý vô hướng được xác định bởi khối lượng của một đơn vị thể tích của một chất cụ thể.
$\rho = \frac(m)(V)$
Mật độ của một chất ($\rho$) là tỷ lệ giữa khối lượng của một vật $m$ hoặc chất đó với thể tích $V$ mà vật hoặc chất đó chiếm giữ.
Đơn vị SI của mật độ cơ thể là kg/m $^(3)$.
Lưu ý 2
Mật độ của một chất phụ thuộc vào khối lượng của các nguyên tử tạo nên chất đó, cũng như mật độ đóng gói của các phân tử trong chất đó.
Mật độ của vật thể tăng lên dưới tác động của một số lượng lớn nguyên tử. Các trạng thái kết tụ khác nhau của một chất làm thay đổi đáng kể mật độ của một chất cụ thể.
Chất rắn có mật độ cao vì ở trạng thái này các nguyên tử được đóng gói rất chặt chẽ. Nếu chúng ta xem xét cùng một chất ở trạng thái kết tụ lỏng, thì mật độ của nó sẽ giảm, nhưng sẽ vẫn ở mức xấp xỉ tương đương. Trong chất khí, các phân tử của một chất càng cách xa nhau càng tốt, do đó việc đóng gói các nguyên tử ở mức độ kết tụ này là rất thấp. Các chất sẽ có mật độ thấp nhất.
Hiện nay, các nhà nghiên cứu đang biên soạn các bảng đặc biệt về mật độ của các chất khác nhau. Các kim loại có mật độ cao nhất là osmium, iridium, bạch kim và vàng. Tất cả những vật liệu này nổi tiếng với sức mạnh hoàn hảo của chúng. Giá trị mật độ trung bình của nhôm, kính, bê tông - những vật liệu này có đặc tính kỹ thuật đặc biệt và thường được sử dụng trong xây dựng. Thông và bần khô có mật độ thấp nhất nên không chìm trong nước. Nước có mật độ 1000 kg trên mét khối.
Các nhà khoa học đã có thể sử dụng các phương pháp tính toán mới để xác định mật độ trung bình của vật chất trong Vũ trụ. Kết quả thí nghiệm cho thấy về cơ bản không gian bên ngoài rất hiếm, nghĩa là thực tế không có mật độ - khoảng sáu nguyên tử trên một mét khối. Điều này có nghĩa là các giá trị khối lượng ở mật độ này cũng sẽ là duy nhất.
SỰ ĐỊNH NGHĨA
Tỉ trọng là một đại lượng vật lý vô hướng, được định nghĩa là tỷ số giữa khối lượng của một vật và thể tích mà nó chiếm giữ.
Đại lượng này thường được ký hiệu bằng chữ cái Hy Lạp r hoặc chữ cái Latin D và d. Đơn vị đo mật độ trong hệ SI thường được coi là kg/m3 và trong GHS - g/cm3.
Mật độ có thể được tính bằng công thức:
Tỉ số giữa khối lượng của khí này với khối lượng của khí khác lấy trong cùng thể tích, ở cùng nhiệt độ và cùng áp suất được gọi là mật độ tương đối của khí thứ nhất so với khí thứ hai.
Ví dụ, trong điều kiện bình thường, khối lượng của cacbon đioxit trong một thể tích 1 lít là 1,98 g, khối lượng của hydro trong cùng một thể tích và ở cùng điều kiện là 0,09 g, từ đó mật độ của cacbon đioxit của hydro sẽ là: 1,98 / 0,09 = 22.
Cách tính mật độ của một chất
Chúng ta hãy biểu thị mật độ khí tương đối m 1 / m 2 bằng chữ D. Sau đó
Do đó, khối lượng mol của một chất khí bằng mật độ của nó so với một loại khí khác, nhân với khối lượng mol của khí thứ hai.
Thông thường mật độ của các loại khí khác nhau được xác định liên quan đến hydro, là loại khí nhẹ nhất trong tất cả các loại khí. Vì khối lượng mol của hydro là 2,0158 g/mol nên trong trường hợp này phương trình tính khối lượng mol có dạng:
hoặc, nếu chúng ta làm tròn khối lượng mol của hydro thành 2:
Ví dụ, tính toán bằng phương trình này khối lượng mol của carbon dioxide, mật độ của hydro, như đã chỉ ra ở trên, là 22, chúng ta thấy:
M(CO 2) = 2 × 22 = 44 g/mol.
Ví dụ về giải quyết vấn đề
VÍ DỤ 1
| Bài tập | Tính thể tích nước và khối lượng natri clorua NaCl cần dùng để pha chế 250 ml dung dịch 0,7 M. Lấy khối lượng riêng của dung dịch bằng 1 g/cm. Phần khối lượng của natri clorua trong dung dịch này là bao nhiêu? |
| Giải pháp | Nồng độ mol của dung dịch bằng 0,7 M cho thấy 1000 ml dung dịch chứa 0,7 mol muối. Sau đó, bạn có thể tìm ra lượng muối có trong 250 ml dung dịch này: n(NaCl) = dung dịch V (NaCl) × C M (NaCl); n(NaCl) = 250 × 0,7 / 1000 = 0,175 mol. Hãy tìm khối lượng của 0,175 mol natri clorua: M(NaCl) = Ar(Na) + Ar(Cl) = 23 + 35,5 = 58,5 g/mol. m(NaCl) = n(NaCl) × M(NaCl); m(NaCl) = 0,175 × 58,5 = 10,2375 g. Hãy tính khối lượng nước cần thiết để thu được 250 ml dung dịch natri clorua 0,7 M: r = m dung dịch/V; dung dịch m = V ×r = 250 × 1 = 250 g. m(H 2 O) = 250 - 10,2375 = 239,7625 g. |
| Trả lời | Khối lượng của nước là 239,7625 g, thể tích có cùng giá trị vì mật độ của nước là 1 g/cm |
VÍ DỤ 2
| Bài tập | Tính thể tích nước và khối lượng kali nitrat KNO 3 cần dùng để pha chế 150 ml dung dịch 0,5 M. Lấy khối lượng riêng của dung dịch bằng 1 g/cm. Phần khối lượng của kali nitrat trong dung dịch như vậy là bao nhiêu? |
| Giải pháp | Nồng độ mol của dung dịch bằng 0,5 M cho thấy 1000 ml dung dịch chứa 0,7 mol muối. Sau đó, bạn có thể tìm ra lượng muối có trong 150 ml dung dịch này: n(KNO 3) = dung dịch V (KNO 3) × C M (KNO 3); n(KNO 3) = 150 × 0,5 / 1000 = 0,075 mol. Hãy tìm khối lượng của 0,075 mol kali nitrat: M(KNO 3) = Ar(K) + Ar(N) + 3×Ar(O) = 39 + 14 + 3×16 = 53 + 48 = 154 g/mol. m(KNO 3) = n(KNO 3) × M(KNO 3); m(KNO 3) = 0,075 × 154 = 11,55 g. Hãy tính khối lượng nước cần thiết để thu được 150 ml dung dịch kali nitrat 0,5 M: r = m dung dịch/V; dung dịch m = V ×r = 150 ×1 = 150 g. m(H 2 O) = m dung dịch - m(NaCl); m(H 2 O) = 150 - 11,55 = 138,45 g. |
| Trả lời | Khối lượng của nước là 138,45 g, thể tích có cùng giá trị vì mật độ của nước là 1 g/cm |
Mật độ là cường độ phân bố của một đại lượng này so với đại lượng khác.
Thuật ngữ này kết hợp nhiều khái niệm khác nhau, chẳng hạn như: mật độ vật chất; mật độ quang học; mật độ dân số; mật độ xây dựng; mật độ cháy và nhiều thứ khác. Chúng ta hãy xem xét hai khái niệm liên quan đến thử nghiệm không phá hủy.
1. Mật độ của chất.
Trong vật lý, mật độ của một chất là khối lượng của chất đó chứa trong một đơn vị thể tích ở điều kiện bình thường. Các vật thể có cùng thể tích, được làm từ các chất khác nhau, có khối lượng khác nhau, đặc trưng cho mật độ của chúng. Ví dụ, hai khối lập phương có cùng kích thước, làm bằng gang và nhôm, sẽ khác nhau về trọng lượng và mật độ.
Để tính mật độ của một vật thể, bạn cần xác định chính xác khối lượng của nó và chia cho thể tích chính xác của vật thể này.
kg/m3
— Đơn vị đo lường
mật độ quốc tế
hệ đơn vị (SI)
g/cm3
— Đơn vị đo lường
mật độ trong hệ thống GHS
Hãy để chúng tôi rút ra một công thức tính mật độ.
Ví dụ, hãy xác định mật độ của bê tông. Hãy lấy một khối bê tông nặng 2,3 kg có cạnh 10 cm. Tính thể tích của khối lập phương đó.
Thay dữ liệu vào công thức.
Chúng tôi nhận được mật độ 2.300 kg/m3.
Khối lượng riêng của một chất phụ thuộc vào điều gì?
Mật độ của một chất phụ thuộc vào nhiệt độ. Vì vậy, trong phần lớn các trường hợp, khi nhiệt độ giảm, mật độ sẽ tăng lên. Ngoại lệ là nước, gang, đồng và một số chất khác hoạt động khác nhau trong một phạm vi nhiệt độ nhất định. Ví dụ, nước có mật độ tối đa ở 4 ° C. Khi nhiệt độ tăng hoặc giảm, mật độ sẽ giảm.
Mật độ của một chất cũng thay đổi khi trạng thái kết tụ của nó thay đổi. Nó phát triển đột ngột khi một chất chuyển từ trạng thái khí sang trạng thái lỏng, rồi sang chất rắn. Ở đây cũng có những trường hợp ngoại lệ: mật độ của nước, bismuth, silicon và một số chất khác giảm trong quá trình đông đặc.
Mật độ của một chất được đo như thế nào?
Để đo mật độ của các chất khác nhau, các dụng cụ và thiết bị đặc biệt được sử dụng. Do đó, mật độ của chất lỏng và nồng độ của dung dịch được đo bằng nhiều tỷ trọng kế khác nhau. Một số loại pycnometer được thiết kế để đo mật độ của chất rắn, chất lỏng và chất khí.
2. Mật độ quang học.
Trong vật lý, mật độ quang học là khả năng của vật liệu trong suốt hấp thụ ánh sáng và vật liệu mờ đục phản xạ ánh sáng. Khái niệm này trong hầu hết các trường hợp đặc trưng cho mức độ suy giảm của bức xạ ánh sáng khi nó đi qua các lớp và màng của nhiều chất khác nhau.
Mật độ quang thường được biểu thị bằng logarit thập phân của tỷ số giữa dòng bức xạ tới vật thể và dòng đi qua vật thể hoặc phản xạ từ nó:
Mật độ quang = logarit (thông lượng bức xạ tới vật thể trong đó D - mật độ quang; F 0 - thông lượng bức xạ tới vật thể; F - thông lượng bức xạ đi qua vật thể hoặc phản xạ từ vật thể đó).
VẬT LÝ TINH THỂ
ĐẶC ĐIỂM VẬT LÝ CỦA TINH THỂ
Tỉ trọng
Mật độ là một đại lượng vật lý được xác định cho một chất đồng nhất bằng khối lượng đơn vị thể tích của nó. Đối với một chất không đồng nhất, mật độ tại một điểm nhất định được tính bằng giới hạn của tỷ lệ khối lượng của vật thể (m) với thể tích của nó (V), khi thể tích co lại đến điểm này. Mật độ trung bình của một chất không đồng nhất là tỷ lệ m/V.
Mật độ của một chất phụ thuộc vào khối lượng của nó nguyên tử, trong đó nó bao gồm, và về mật độ đóng gói của các nguyên tử và phân tử trong chất. Khối lượng nguyên tử càng lớn thì mật độ càng lớn.
Tuy nhiên, nếu xét cùng một chất ở các trạng thái kết tụ khác nhau, chúng ta sẽ thấy mật độ của nó sẽ khác nhau!
Chất rắn là trạng thái kết tụ của một chất, được đặc trưng bởi sự ổn định về hình dạng và tính chất chuyển động nhiệt của các nguyên tử, thực hiện các dao động nhỏ xung quanh các vị trí cân bằng. Tinh thể được đặc trưng bởi tính tuần hoàn không gian trong sự sắp xếp vị trí cân bằng của các nguyên tử. Trong vật thể vô định hình, các nguyên tử dao động xung quanh các điểm nằm ngẫu nhiên. Theo các khái niệm cổ điển, trạng thái ổn định (với thế năng tối thiểu) của chất rắn là tinh thể. Một vật thể vô định hình ở trạng thái di động và theo thời gian sẽ chuyển sang trạng thái kết tinh, nhưng thời gian kết tinh thường quá lâu nên khả năng di động hoàn toàn không xuất hiện.
Các nguyên tử liên kết chặt chẽ với nhau và được đóng gói rất chặt chẽ. Do đó, một chất ở trạng thái rắn có mật độ cao nhất.
Trạng thái lỏng là một trong những trạng thái tổng hợp của vật chất. Đặc tính chính của chất lỏng, giúp phân biệt nó với các trạng thái kết tụ khác, là khả năng thay đổi hình dạng của nó vô thời hạn dưới tác động của các ứng suất cơ học, thậm chí nhỏ tùy ý, trong khi thực tế vẫn duy trì thể tích của nó.
Trạng thái lỏng thường được coi là trung gian giữa chất rắn và khí đốt: chất khí không giữ được thể tích cũng như hình dạng, nhưng chất rắn giữ được cả hai.
Hình dạng của vật thể lỏng có thể được xác định hoàn toàn hoặc một phần bởi thực tế là bề mặt của chúng hoạt động giống như một màng đàn hồi. Vì vậy, nước có thể tích tụ thành từng giọt. Nhưng chất lỏng có khả năng chảy ngay cả dưới bề mặt đứng yên của nó, và điều này cũng có nghĩa là hình dạng (các bộ phận bên trong của vật thể lỏng) không được bảo toàn.
Mật độ đóng gói của các nguyên tử và phân tử vẫn cao nên mật độ của một chất ở trạng thái lỏng không khác biệt nhiều so với trạng thái rắn.
Khí là trạng thái kết tụ của một chất, được đặc trưng bởi liên kết rất yếu giữa các hạt cấu thành của nó (phân tử, nguyên tử hoặc ion), cũng như tính linh động cao của chúng. Các hạt khí chuyển động gần như tự do và hỗn loạn trong khoảng thời gian giữa các va chạm, trong thời gian đó xảy ra sự thay đổi mạnh mẽ về bản chất chuyển động của chúng.
Trạng thái khí của một chất trong điều kiện có thể tồn tại pha lỏng hoặc pha rắn ổn định của cùng một chất thường được gọi là hơi.
Giống như chất lỏng, chất khí có tính lưu động và chống lại sự biến dạng. Không giống như chất lỏng, chất khí không có thể tích cố định và không tạo thành bề mặt tự do mà có xu hướng lấp đầy toàn bộ thể tích sẵn có (ví dụ: bình).
Trạng thái khí là trạng thái phổ biến nhất của vật chất trong Vũ trụ (vật chất giữa các vì sao, tinh vân, sao, khí quyển hành tinh, v.v.). Tính chất hóa học của khí và hỗn hợp của chúng rất đa dạng - từ khí trơ có hoạt tính thấp đến hỗn hợp khí dễ nổ. Khí đôi khi không chỉ bao gồm hệ thống nguyên tử và phân tử, mà còn bao gồm hệ thống các hạt khác - photon, electron, hạt Brown, cũng như plasma.
Các phân tử chất lỏng không có vị trí xác định nhưng đồng thời chúng không có sự tự do chuyển động hoàn toàn. Giữa họ có một sức hút mạnh mẽ, đủ mạnh để giữ họ lại gần nhau.
Các phân tử có liên kết rất yếu với nhau và di chuyển ra xa nhau. Mật độ đóng gói rất thấp, do đó chất ở trạng thái khí
có mật độ thấp.
2. Các loại mật độ và đơn vị đo
Mật độ được đo bằng kg/m³ trong hệ SI và tính bằng g/cm³ trong hệ GHS, phần còn lại (g/ml, kg/l, 1 t/ M3) – đạo hàm.
Đối với thể dạng hạt và xốp có:
Mật độ thực, được xác định mà không tính đến khoảng trống
Mật độ biểu kiến, được tính bằng tỷ lệ khối lượng của một chất với toàn bộ thể tích mà nó chiếm
3. Công thức tìm mật độ
Mật độ được tìm thấy theo công thức:
Do đó, trị số của mật độ của một chất biểu thị khối lượng của một đơn vị thể tích của chất đó. Ví dụ, mật độ gang 7kg/dm3. Điều này có nghĩa là 1 dm3 gang có khối lượng là 7 kg. Mật độ của nước ngọt là 1 kg/l. Do đó khối lượng của 1 lít nước bằng 1 kg.
Để tính mật độ của khí, bạn có thể sử dụng công thức:
trong đó M là khối lượng mol của khí, Vm là thể tích mol (trong điều kiện bình thường nó bằng 22,4 l/mol).
4. Sự phụ thuộc của mật độ vào nhiệt độ
Theo quy luật, khi nhiệt độ giảm, mật độ tăng lên, mặc dù có những chất có mật độ hoạt động khác nhau, chẳng hạn như nước, đồng và gang. Do đó, mật độ của nước có giá trị tối đa ở 4 ° C và giảm khi nhiệt độ tăng và giảm.
Khi trạng thái kết tụ thay đổi, mật độ của một chất thay đổi đột ngột: mật độ tăng lên trong quá trình chuyển từ trạng thái khí sang lỏng và khi chất lỏng đông đặc lại. Đúng, nước là một ngoại lệ đối với quy luật này; mật độ của nó giảm khi nó đông đặc lại.
Đối với các đối tượng tự nhiên khác nhau, mật độ thay đổi trong một phạm vi rất rộng. Môi trường liên thiên hà có mật độ thấp nhất (ρ ~ 10-33 kg/m³). Mật độ của môi trường giữa các vì sao là khoảng 10-21 kg/M3. Mật độ trung bình của Mặt trời cao hơn mật độ của nước khoảng 1,5 lần, bằng 1000 kg/M3 và mật độ trung bình của Trái đất là 5520 kg/M3. Osmium có mật độ cao nhất trong số các kim loại (22.500 kg/M3), mật độ của sao neutron vào khoảng 1017 1018 kg/M3.
5. Mật độ của một số loại khí
- Mật độ khí và hơi (0° C, 101325 Pa), kg/m³
Oxy 1.429
Amoniac 0,771
Krypton 3.743
Argon 1.784
Xenon 5.851
Hydro 0,090
Mêtan 0,717
Hơi nước (100°C) 0,598
Không khí 1.293
Cacbon dioxit 1,977
Heli 0,178
Etylen 1.260
- Mật độ của một số loại gỗ
Mật độ gỗ, g/cm³
Balsa 0,15
Linh sam Siberia 0,39
Sequoia thường xanh 0,41
Hạt dẻ ngựa 0,56
Hạt dẻ ăn được 0,59
Cây bách 0,60
Anh đào chim 0,61
cây phỉ 0,63
Quả óc chó 0,64
Bạch dương 0,65
Cây du mịn 0,66
Cây thông 0,66
Cánh đồng phong 0,67
Gỗ tếch 0,67
Switenia (Gỗ gụ) 0,70
Cây sung 0,70
Zhoster (cây hắc mai) 0,71
Tử đinh hương 0,80
Táo gai 0,80
Hồ đào (cariah) 0,83
Gỗ đàn hương 0,90
Gỗ hoàng dương 0,96
Hồng mun 1.08
Quebracho 1.21
Gweyakum, hoặc rút lui 1.28
- Tỉ trọngkim loại(ở 20°C) t/M3
Nhôm 2.6889
Vonfram 19,35
Than chì 1,9 - 2,3
Sắt 7.874
Vàng 19.32
Kali 0,862
Canxi 1,55
Coban 8,90
Liti 0,534
Magiê 1,738
đồng 8.96
Natri 0,971
Niken 8,91
Thiếc(trắng) 7,29
Bạch kim 21,45
Plutoni 19,25
Chỉ huy 11.336
Bạc 10,50
Titan 4.505
Caesium 1.873
Zirconi 6,45
- Mật độ của hợp kim (ở 20°C)) t/M3
Đồng 7,5 - 9,1
Hợp kim của gỗ 9.7
Duralumin 2,6 - 2,9
Constantan 8,88
Đồng thau 8,2 - 8,8
Nichrom 8.4
Bạch kim-iridi 21,62
Thép 7,7 - 7,9
Thép không gỉ (trung bình) 7,9 - 8,2
lớp 08Х18Н10Т, 10Х18Н10Т 7,9
lớp 10Х17Н13М2Т, 10Х17Н13М3Т 8
lớp 06ХН28МТ, 06ХН28МДТ 7,95
lớp 08Х22Н6Т, 12Х21Н5Т 7,6
Gang trắng 7,6 - 7,8
Gang xám 7,0 - 7,2