Rumus massa jenis materi. Rumus Kepadatan Relatif

2024 Pengarang: Angel Austin | [email protected]. Terakhir diubah: 2024-01-02 17:49

Setelah siswa berkenalan dengan konsep massa dan volume zat dalam fisika, mereka mempelajari karakteristik penting dari setiap benda, yang disebut kepadatan. Artikel di bawah ini dikhususkan untuk nilai ini. Pertanyaan tentang arti fisis dari kepadatan terungkap di bawah ini. Rumus kepadatan juga diberikan. Metode pengukuran eksperimental dijelaskan.

Konsep kerapatan

Mari kita mulai artikel ini dengan merekam langsung rumus massa jenis materi. Tampilannya seperti ini:

ρ=m / V.

Di sini m adalah massa benda yang dipertimbangkan. Ini dinyatakan dalam sistem SI dalam kilogram. Dalam tugas dan praktik, Anda juga dapat menemukan satuan pengukuran lainnya, misalnya gram atau ton.

Simbol V dalam rumus menunjukkan volume yang menjadi ciri parameter geometris benda. Ini diukur dalam SI dalam meter kubik, namun, kilometer kubik, liter, mililiter, dll. juga digunakan.

Rumus massa jenis menunjukkan berapa massa suatu zat yang terkandung dalam suatu satuanvolume. Dengan menggunakan nilai, seseorang dapat memperkirakan mana dari dua benda yang memiliki bobot lebih besar dengan volume yang sama, atau benda mana yang memiliki volume lebih besar dengan massa yang sama. Misalnya, kayu kurang padat daripada besi. Oleh karena itu, dengan volume yang sama dari zat-zat ini, massa besi akan secara signifikan melebihi nilai yang sama untuk sebuah pohon.

Konsep kerapatan relatif

Nama besaran ini menunjukkan bahwa nilai yang dipelajari untuk satu benda akan dianggap relatif terhadap karakteristik serupa untuk benda lain. Rumus untuk kerapatan relatif _{r terlihat seperti ini:}

ρ_r=_s / _0.

Di mana _s adalah kerapatan bahan yang diukur, ₀ adalah kerapatan yang dibandingkan dengan nilai _{r diukur. Jelas,} r _{tidak berdimensi. Ini menunjukkan berapa kali zat yang diukur lebih padat dari standar yang dipilih.}

Untuk cairan dan padatan, sebagai standar ₀ pilih nilai ini untuk air suling pada suhu 4 ^oC. Pada suhu inilah air memiliki kerapatan maksimum, yang merupakan nilai yang sesuai untuk perhitungan - 1000 kg/m^{3 atau 1 kg/l.}

Untuk sistem gas, biasanya menggunakan kerapatan udara pada tekanan atmosfer dan suhu 0 sebagai standar oC.

Ketergantungan kerapatan pada tekanan dan suhu

Nilai yang dipelajari tidak konstan untuk benda tertentu,jika Anda mengubah suhu atau tekanan eksternal. Namun, cairan dan padatan tidak dapat dimampatkan dalam banyak situasi, yang berarti kerapatannya tetap konstan saat tekanan berubah serta perubahan suhu.

Pengaruh tekanan dimanifestasikan sebagai berikut: ketika tekanan meningkat, jarak antar atom dan antarmolekul rata-rata berkurang, yang meningkatkan jumlah mol zat per satuan volume. Jadi densitasnya meningkat. Pengaruh tekanan yang jelas pada karakteristik yang diteliti diamati dalam kasus gas.

Suhu memiliki efek kebalikan dari tekanan. Dengan peningkatan suhu, energi kinetik partikel materi meningkat, mereka mulai bergerak lebih aktif, yang mengarah pada peningkatan jarak rata-rata di antara mereka. Fakta terakhir menyebabkan penurunan kepadatan.

Sekali lagi, efek ini lebih terasa untuk gas daripada untuk cairan dan padatan. Ada pengecualian untuk aturan ini - ini adalah air. Secara eksperimental telah ditetapkan bahwa dalam kisaran suhu 0-4 oС densitasnya meningkat dengan pemanasan.

Badan homogen dan tidak homogen

Rumus kerapatan yang ditulis di atas sesuai dengan apa yang disebut rata-rata untuk benda yang dipertimbangkan. Jika kita mengalokasikan beberapa volume kecil di dalamnya, maka nilai yang dihitung _i dapat sangat berbeda dari nilai sebelumnya. Fakta ini dihubungkan dengan adanya distribusi massa terhadap volume yang tidak seragam. Dalam hal ini, densitas_{i disebut lokal.}

Mempertimbangkan masalah distribusi materi yang tidak seragam, tampaknya menarik untuk mengklarifikasi satu hal. Ketika kita mulai mempertimbangkan volume dasar yang mendekati skala atom, konsep kontinuitas medium dilanggar, yang berarti tidak masuk akal untuk menggunakan karakteristik kerapatan lokal. Diketahui bahwa hampir seluruh massa atom terkonsentrasi di nukleusnya, yang jari-jarinya sekitar 10^-13 meter. Kepadatan inti diperkirakan dengan angka yang sangat besar. Ini adalah 2, 310¹⁷ kg/m^3.

Pengukuran kepadatan

Telah ditunjukkan di atas bahwa sesuai dengan rumus, massa jenis sama dengan rasio massa terhadap volume. Fakta ini memungkinkan kita untuk menentukan karakteristik yang ditentukan hanya dengan menimbang tubuh dan mengukur parameter geometrisnya.

Jika bentuk benda sangat kompleks, maka metode universal untuk menentukan massa jenis adalah penimbangan hidrostatik. Hal ini didasarkan pada penggunaan kekuatan Archimedean. Inti dari metode ini sederhana. Tubuh pertama ditimbang di udara dan kemudian di air. Perbedaan berat digunakan untuk menghitung kepadatan yang tidak diketahui. Untuk melakukannya, gunakan rumus berikut:

ρ=_l P₀ / (P₀ - P l_),

di mana P₀, P_l - berat badan di udara dan cairan. Dengan demikian, _{l adalah massa jenis cairan.}

Metode penimbangan hidrostatik untuk menentukan kerapatan, menurut legenda, pertama kali digunakan oleh seorang filsuf dari SyracuseArchimedes. Dia mampu, tanpa melanggar integritas fisik mahkota, untuk menentukan bahwa tidak hanya emas, tetapi juga logam lain yang kurang padat digunakan untuk membuatnya.