Fórmula da densidade da matéria. Fórmulas de densidade relativa

Fórmula da densidade da matéria. Fórmulas de densidade relativa
Fórmula da densidade da matéria. Fórmulas de densidade relativa
Anonim

Depois que os alunos se familiarizarem com o conceito de massa e volume de substâncias na física, eles estudam uma importante característica de qualquer corpo, que é chamada de densidade. O artigo abaixo é dedicado a esse valor. As questões do significado físico da densidade são reveladas abaixo. A fórmula da densidade também é fornecida. Os métodos para sua medição experimental são descritos.

O conceito de densidade

Vamos começar o artigo com um registro direto da fórmula da densidade da matéria. Fica assim:

ρ=m / V.

Aqui m é a massa do corpo considerado. É expresso no sistema SI em quilogramas. Nas tarefas e na prática, você também pode encontrar outras unidades de medida, por exemplo, gramas ou toneladas.

O símbolo V na fórmula denota o volume que caracteriza os parâmetros geométricos do corpo. É medido em SI em metros cúbicos, no entanto, quilômetros cúbicos, litros, mililitros, etc. também são usados.

A fórmula da densidade mostra que massa de uma substância está contida em uma unidadevolume. Usando o valor de ρ, pode-se estimar qual dos dois corpos terá um peso maior com volumes iguais, ou qual dos dois corpos terá um volume maior com massas iguais. Por exemplo, a madeira é menos densa que o ferro. Portanto, com volumes iguais dessas substâncias, a massa de ferro excederá significativamente o mesmo valor de uma árvore.

O conceito de densidade relativa

Líquidos de diferentes densidades
Líquidos de diferentes densidades

O próprio nome desta grandeza indica que o valor em estudo para um corpo será considerado em relação a uma característica semelhante para outro. A fórmula para densidade relativa ρr é assim:

ρrs / ρ0.

Onde ρs é a densidade do material medido, ρ0 é a densidade contra a qual o valor ρ r é medido . Obviamente, ρr é adimensional. Mostra quantas vezes a substância medida é mais densa que o padrão selecionado.

Para líquidos e sólidos, como padrão ρ0 escolha este valor para água destilada a uma temperatura de 4 oC. É nesta temperatura que a água tem uma densidade máxima, que é um valor conveniente para cálculos - 1000 kg/m3 ou 1 kg/l.

Para sistemas a gás, é costume usar a densidade do ar à pressão atmosférica e temperatura 0 como padrão oC.

Dependência da densidade da pressão e temperatura

O valor estudado não é constante para um determinado corpo,se você alterar sua temperatura ou pressão externa. No entanto, líquidos e sólidos são incompressíveis em muitas situações, o que significa que sua densidade permanece constante à medida que a pressão muda, bem como a temperatura.

A influência da pressão se manifesta da seguinte forma: quando ela aumenta, as distâncias interatômicas e intermoleculares médias diminuem, o que aumenta o número de moles de uma substância por unidade de volume. Portanto, a densidade está aumentando. No caso dos gases observa-se uma clara influência da pressão sobre a característica em estudo.

Densidade da água versus temperatura
Densidade da água versus temperatura

Temperatura tem o efeito oposto da pressão. Com o aumento da temperatura, a energia cinética das partículas de matéria aumenta, elas começam a se mover mais ativamente, o que leva a um aumento nas distâncias médias entre elas. O último fato leva a uma diminuição na densidade.

Novamente, esse efeito é mais pronunciado para gases do que para líquidos e sólidos. Há uma exceção a esta regra - esta é a água. Foi estabelecido experimentalmente que na faixa de temperatura 0-4 oС sua densidade aumenta com o aquecimento.

Corpos homogêneos e não homogêneos

Metais com densidades diferentes
Metais com densidades diferentes

A fórmula de densidade escrita acima corresponde ao chamado ρ médio para o corpo considerado. Se alocarmos algum volume pequeno nele, então o valor calculado ρi pode diferir muito do valor anterior. Este fato está relacionado com a presença de uma distribuição não uniforme de massa sobre volume. Neste caso, a densidadeρi é chamado local.

Considerando a questão da distribuição não uniforme da matéria, parece interessante esclarecer um ponto. Quando começamos a considerar um volume elementar próximo às escalas atômicas, o conceito de continuidade do meio é violado, o que significa que não faz sentido utilizar a característica de densidade local. Sabe-se que quase toda a massa de um átomo está concentrada em seu núcleo, cujo raio é de cerca de 10-13 metros. A densidade do núcleo é estimada por uma figura enorme. Isso é 2, 31017 kg/m3.

Medição de densidade

Foi mostrado acima que, de acordo com a fórmula, a densidade é igual à razão entre massa e volume. Este fato nos permite determinar a característica especificada simplesmente pesando o corpo e medindo seus parâmetros geométricos.

Se a forma do corpo for muito complexa, então o método universal para determinar a densidade será a pesagem hidrostática. Baseia-se no uso da força de Arquimedes. A essência do método é simples. O corpo é primeiro pesado no ar e depois na água. A diferença de peso é usada para calcular a densidade desconhecida. Para fazer isso, use a seguinte fórmula:

ρ=ρl P0 / (P0 - P l),

onde P0, Pl - peso corporal no ar e no líquido. Assim, ρl é a densidade do líquido.

Pesagem hidrostática de corpos
Pesagem hidrostática de corpos

O método de pesagem hidrostática para determinar a densidade, segundo a lenda, foi usado pela primeira vez por um filósofo de SiracusaArquimedes. Ele conseguiu, sem violar a integridade física da coroa, determinar que não apenas ouro, mas também outros metais menos densos foram usados para fazê-la.

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