Fórmula da densidade da matéria. Fórmulas de densidade relativa

2024 Autor: Angel Austin | [email protected]. Última modificação: 2024-01-02 17:54

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

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 ρ_{r é assim:}

ρ_r=ρ_s / ρ_0.

Onde ρ_s é a densidade do material medido, ρ₀ é a densidade contra a qual o valor ρ _{r é medido} . Obviamente, ρ_{r 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/m^{3 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.

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

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 ρ_i 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 densidadeρ_{i 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/m^3.

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=ρ_l P₀ / (P₀ - P l_),

onde P₀, P_l - peso corporal no ar e no líquido. Assim, ρ_{l é a densidade do líquido.}

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.