چگالی

مردم گاهی می‌گویند سرب سنگیتر از پَر است. اما یک گونی بزرگ پُر از پَر ، سنیگتر از یک ساچمه سربی است. واژه سنگینی سه مفهوم متفاوت دارد. مثلا در عبارت «یک سنگ خیلی سنگین است و نمی‌شود حرکت داد.» ، منظور وزن سنگ است. در چنین مفهومی هیچ جوابی برای پرسش «شیر سنگینتر است یا آب؟» وجود ندارد.

سوالات اخیر مربوط به یک ویژگی عام از کلیه مواد می‌باشد. این ویژگی چگالی یا جرم حجمی نام دارد که از مشخصه‌های فیزیکی مواد به حساب می‌آید که این ویژگی مواد مستقل از ابعاد نمونه می‌باشد. بنابراین برای بیان دقیق ، باید بگوییم چگالی سرب بیشتر از چگالی پر است و در مورد شیر و آب نیز این امر صادق است.وقتی می گوییم که فولاد سنگین تر از چوب است باید توجه به حجم آن داشته باشیم برای مقایسه سنگینی اجسام باید حجم یکسانی از آنها را در نظر آوریم .جرم یک مکعب از فولاد خیلی بیشتر از جرم همان جسم از چوب است.

چگالی مقدار جرم موجود در واحد حجم ماده است که آنرا با علامت اختصاری ρ نشان می‌دهند که از رابطه ρ=m/V یا D=m/V بدست می‌آید.

در این رابطه D یا ρ چگالی ماده ، m جرم جسم و V حجم اشغال شده توسط آن ماده می‌باشد.

آیا تا به حال ، جرم مواد را با هم مقایسه کرده‌اید؟
آیا تا به حال از خود پرسیده‌اید که شیر سنگینتر است یا آب؟

شناوری وته نشینی:

اگر چگالی جسمی کمتر از آب باشد شناور می شود .اگر چگالیش بیشتر از آب باشد ته نشین می شود ,واگر چگالیش برابر با آب باشد غوطه ور می گردد.

پس شناوری یا ته نشینی اجسام به چگالی آنها بستگی دارد.

دردنیای واقعی چگالی آب به فشار ,گرماو...بستگی دارد .هر چه به عمق دریا می رویم چگالی آب بیشتر می شود.

چگالی تعدادی از مواد:

چگالی مایعات:

برای اندازه گیری چگالی مایعات از چگالی سنج استفاده می کنیم.این وسیله دارای محفظه ی شیشه ای است ومقداری جیوه برای سنگین کردن آن، درونش قرار دارد،ویک ساقه که بر روی آن ،درجه بندی چگالی موجود است .وقتی چگالی سنج در مایع قرار می گیرد قسمتی از لوله ی آن بیرون از مایع می ایستد چگالی مایع را از روی درجه ای که مقابل سطح مایع وچگالی سنج است می خوانند.چگالی سنج در مایع سبکتر,بیشتر فرو می رود.

چگالی هوا:

یک ترازوی حساس نشان می دهد که یک بطری پراز هوا کمی سنگین تر از همان بطری خالی از هواست.

گازها چگالی كمی دارند زیرا مولكول‌های گاز فاصله زیادی از یكدیگر داشته و بخش عمده‌ای از آن ها را فضای خالی اشغال كرده است در مقابل، مولكول‌های مایعات و جامدات بسیار نزدیك به هم هستند، بنابراین چگالی زیادی دارند. چگالی یك ماده به فشار و دما نیز بستگی دارد.

واحدها
در اندازه‌گیری چگالی جامدات و مایعات معمولا جرم را بر حسب گرم (g) یا کیلوگرم (kg) و حجم را بر حسب سانتیمتر مکعب (cm3) یا مترمکعب (m3) بیان می‌کنند که در این صورت چگالی برحسب واحدهای کیلوگرم بر متر مکعب (Kg/m3) یا گرم بر سانتیمتر مکعب (gr/cm3) می‌سنجند. چگالی نشانگر این است که جرم ماده تا چه حد متراکم شده است. مثلا ، سرب یک ماده چگال است، زیرا مقدار زیادی از آن در حجم کوچکتر متراکم شده از طرف دیگر چگالی هوا بسیار کم است.

طریقه اندازه گیری
برای اندازه‌گیری چگالی یک جسم باید هم جرم جسم (m) و هم حجم (V) آن را اندازه‌گیری کنیم. جرم را می‌توانیم با ترازو اندازه‌گیری کنیم. حجم یک جسم جامد را می‌توانیم با راههای گوناگون اندازه بگیریم. مثلا برای بدست آوردن حجم یک مکعب ، اندازه یک ضلع آن را به توان 3 می‌رسانیم و یا برای تعیین حجم یک مکعب مستطیل طول ، عرض و ارتفاع آن را در هم ضرب می‌کنیم. حجم یک مایع را می‌توانیم با ظرف شفاف مدرجی که واحدهای حجم را نشان می‌دهد، اندازه بگیریم. در آزمایشگاه معمولا برای اندازه گیری حجم مایعات از استوانه مدرج استفاده می‌کنند. در مواردی بوسیله اندازه‌گیری جرم نسبی مواد نسبت به هم از طریق چگالی نسبی مواد نسبت به هم می‌توانیم چگالی تک‌تک مواد را اندازه‌گیری نموده و مشخص نماییم.

چگالی نسبی
مقایسه چگالی دو مایع با یکدیگر یا مقایسه چگالی یک جامد با یک مایع خیلی راحت است. اگر چگالی جسمی کمتر از مایع باشد، در آن شناور می‌شود و در غیر اینصورت در آن غرق می گردد. مثلا چگالی چوب از آب کمتر است و برای همین است که چوب روی آب شناور می‌ماند «نیروی ارشمیدس».

مواد چگال
هسته اتمهای تشکیل دهنده مواد و ستارگان از جمله کوتوله‌های سفید ، ستارههای نوترونی ، ابر نواختران ، سیاه چاله‌ها و ... چگالترین موادها هستند.

قیف جدا کننده
وسیله‌ای است که مایعات را بر اساس شاخص چگالی از هم جدا می‌کند؛ مثلا اگر مخلوط روغن و آب را در مخزن این دستگاه بریزیم، بر حسب چگالی مواد در داخل این ظرف تفکیک می‌شود. اگر شیر زیر ظرف را باز کنیم، مایعی که دارای چگالی بالاست، در زیر قرار گرفته و از دستگاه خارج می‌گردد تا اینکه به مرز جدایی مایعات روغن و آب برسد، در چنین حالتی شیر را می‌بندیم و دستگاه با موفقیت دو مایع مخلوط را از هم جدا می‌کند.

توجه: تغییرات دما سبب تغییر حجم جسم می‌شود. بنابراین، با تغییر دما چگالی یک ماده تغییر می‌کند. از این رو چگالی اغلب مواد را در ˚25C معین می‌کنند.

جدول چگالی بعضی از مواد معمولی در 25 درجه سانتی‌گراد

ماده چگالی g/cm3
گاز طبیعی 0.000656
هوا 0.00118
اتانول0.78948
سدیم کلرید 2.164
فولاد ضد زنگ 8.037
جیوه 13.545
حل یک مسئله
مسئله: حجم یک قطعه موم 8.50cm3 و جرم آن 8.06g است. چگالی موم را بدست آورید.
راه حل:
چگالی، جرم در واحد حجم است و به صورت زیر نشان داده می‌شود.

D=m/V
با جایگذاری مقادیر معلوم ، خواهیم داشت:

D=8.06g/8.5cm3=0.948g/cm3

یکاهای رایج

یکای اس‌آی برای چگالی:

    کیلوگرم بر متر مکعب (kg/m³)

یکاهای متری بیرون از اس‌آی:

    کیلوگرم بر لیتر (kg/L). آب عموماً چگالی ۱ kg/L دارد، که یکای مناسبی را فراهم می‌سازد.
    کیلوگرم بر دسی‌متر (kg/dm³)
    گرم بر میلی‌لیتر (g/mL)،
    گرم بر سانتی‌متر مکعب (g/cc یا g/cm³).

این‌ها از نظر عددی برابرند با kg/L (۱ kg/L = ۱ kg/dm³ = ۱ g/cm³ = ۱ g/mL).

در یکاهای سفارشی ایالات متحده یا یکاهای امپراتوری، یکاهای چگالی این‌ها را هم شامل می‌شود:

    اونس بر اینچ مکعب (oz/cu in)
    پوند بر اینچ مکعب (lb/cu in)
    پوند بر فوت مکعب (lb/cu ft)
    پوند بر یارد مکعب (lb/cu yd)
    پوند بر گالون (برای آمریکا یا گالون امپراتوری) (lb/gal)
    پوند بر بوشل آمریکا (lb/bu)
    اسلاگ بر فوت مکعب.

چرا آدم در دريا راحت تر مي تواند روي آب بماند تا استخر؟

پاسخ:مي دانيم كه اگر چگالي جسمي از چگالي يك مايع كم تر باشد، آن جسم در آن مايع شناور مي شود. در آب دريا، نسبت به آب استخر مقدار قابل توجهي نمك حل شده است. حل شدن نمك در آب باعث بالا رفتن چگالي آب مي شود. بنابراين چگالي بدن انسان از چگالي آب دريا كمتر مي شود و آدم در دريا راحت تر مي تواند روي آب بماند.

هنگامي كه يك تخم مرغ را در آب مي اندازيم، به ته آب مي رود. ولي مي توان با حــــل كـردن مقـداري نمـــك در آب، تخــم مـرغ را در آب غوطه ور كرد. علت اين پديده چيست؟

پاسخ: همان‌طور كه در سؤال بالا توضيح داده شد، حل شدن نمك در آب باعث بالا رفتن چگالي آب مي شود. چگالي تخم مرغ از آب شيرين بيشتر است، بنابراين هنگامي كه يك تخم مرغ را در آب مي اندازيم، به ته آب مي رود. ولي مي توان با حل كردن مقداري نمك در آب، چگالي آّب را با چگالي تخم مرغ برابر كرد و تخم مرغ را در آب غوطه‌ور كرد.

منبع:سایت علوم

چگالی

مطالب مشابه :

درس هشتم(چگالی)

چگالي

چگالی

چگالی

کانال هوا