الكثافة: ما هي وكيف تحسب وأمثلة

الكثافة هي كمية مادية تقيس تركيز مادة الجسم في حجم معين.

يتم الحصول عليها من خلال النسبة بين كتلة الجسم والحجم وتقاس بالكيلو جرام / م³ في النظام الدولي للوحدات (SI).

تتناسب كثافة الجسم عكسًا مع حجمه ، أي أنه كلما زاد الحجم ، قلت الكثافة. لاحظ هذه العلاقة في معادلة الكثافة:

الكثافة هي الخاصية التي تحدد ما إذا كان الجسم سوف يطفو أو يغرق في سائل. إذا كانت المادة أقل كثافة من السائل ، فسوف تطفو ، ولكن إذا كانت كثافة أعلى من السائل ، فسوف تغرق.

جميع المواد الموجودة في الطبيعة لها كثافة يمكن قياسها. الكثافة تعتمد على نوع من المواد، من الحالة الفيزيائية حيث يجد نفسه وظروفه درجة الحرارة و الضغط البيئي.

كيف تحسب الكثافة؟

لحساب كثافة مادة أو خليط من المواد ، اقسم كتلة الجسم على حجمها ، وفقًا للصيغة:

أين:

• د = الكثافة المقاسة بالكيلو جرام / م³، ز / سم³ أو جم / مل
• م = الكتلة تقاس بالكيلوجرام أو بالجرام
• v = الحجم يقاس بالمتر³، سم³ أو مل

من المهم أن تضع في اعتبارك أنه نظرًا لأن حجم الجسم يتغير في ظل ظروف مختلفة من درجة الحرارة والضغط ، فإن الكثافة ستكون مختلفة عندما تتغير درجة الحرارة والضغط.

على سبيل المثال ، تبلغ كثافة الماء حوالي 1 جم / سم

³ في الظروف المحيطة ، ولكن عندما تصبح جليدًا تنخفض كثافتها إلى 0.92 جم / سم³ - بسبب هذا الاختلاف في الكثافة ، يطفو الجليد على الماء.

يطفو الجليد على الماء لأن كثافته أقل في الحالة الصلبة منها في الحالة السائلة.

أمثلة عملية للكثافة

لفهم ما هي الكثافة عمليًا ، تخيل عبوتين ، إحداهما تحتوي على 1 كجم من الرصاص والأخرى تحتوي على 1 كجم من القطن. كلاهما له نفس الكتلة ، أي 1 كيلو.

ومع ذلك ، نظرًا لأن القطن أخف بكثير من الرصاص ، هناك حاجة إلى كمية أكبر بكثير من هذه المادة حتى تتساوى كتل كلتا الوعاءين.

وبالتالي ، فإن المساحة التي يشغلها القطن ستكون أكبر بكثير من المساحة التي يشغلها الرصاص. هذا يعني أن الرصاص يحتوي على كمية أكبر بكثير من المادة المركزة وبالتالي كثافة أعلى من القطن.

شاهد الآن أمثلة أخرى للمواقف العملية التي يفسرها الاختلاف في كثافة المواد:

مكعبات ثلج

عند وضعها في كوب من الماء ، تطفو مكعبات الثلج لأن كثافتها (0.92 جم / سم)³) أقل من كثافة الماء (1 جم / سم³).

عندما يتم وضع مكعبات الثلج في كوب به كحول ، ستغرق مكعبات الثلج بسبب كثافتها (0.92 جم / سم)³) أكبر من كثافة الإيثانول (0.79 جم / سم³).

يغرق الجليد في كوب من المشروبات الكحولية لأن كثافة الكحول أقل من كثافة الماء.

الستايروفوم والأظافر

مثال آخر يساعد على فهم الكثافة هو مراقبة سلوك لوح الستايروفوم والمسمار المصنوع من الفولاذ عند وضعه في الماء.

يغرق الظفر على الفور بسبب كثافته (0.78 جم / م).³) أكبر بكثير من كثافة الماء. هذا يعني أن الفولاذ يحتوي على كمية كبيرة من المادة المركزة في حجم صغير.

من ناحية أخرى ، عندما يتم وضع لوح الستايروفوم في الماء فإنه يطفو لأن كثافة الستايروفوم أقل من كثافة الماء. على عكس الفولاذ ، فإن الستايروفوم مادة تحتوي على القليل من المواد المركزة.

كثافة الستايروفوم أقل من كثافة الماء ، لذلك يطفو اللوح.

الكتلة والكثافة النوعية

تُستخدم الكثافة أيضًا للإشارة إلى الكثافة ، لكن لا يمكن دائمًا فهمها على أنها مرادفات.

ال كثافة يشير إلى أ الجسم، والتي يمكن أن تتكون من مادة واحدة فقط أو مزيج من المواد ، مثل محلول من الماء مع السكر.

ال كتلة خاصة، بدوره ، يشير إلى كثافة أ مادة متجانسة محددة ، مثل الألومنيوم أو الرصاص أو الماء.

هذا يعني أنه عندما يتكون الجسم من مادة واحدة فقط ، فإن كثافته تُعطى من خلال كتلته المحددة. ومع ذلك ، عندما يكون الجسم غير متجانس ، سيكون من الضروري حساب كثافته كنسبة الكتلة إلى الحجم.

كثافة المادة

انظر الكثافة (أو الكتلة المحددة) لبعض المواد في الجدول أدناه:

مستوى	كثافة
ماء	1,0
هواء	1,2
صلب	7,8
الألومنيوم	2,7
قيادة	11,3
نحاس	8,9
الإيثانول	0,79
حديد	7,86
جليد	0,92
لبن	1,03
خشب	0,5
ذهب	19,3

الكثافة المطلقة والكثافة النسبية

تشير الكثافة المطلقة إلى كثافة جسم أو مادة معينة. الكثافة النسبية ، بدورها ، هي كثافة مادة واحدة مقارنة بأخرى.

حساب الكثافة النسبية هو النسبة بين الكثافات ، والتي يتم حسابها بقسمة الكتلة على الحجم. يمكن التعبير عن معادلة الكثافة من خلال:

أو

غالبًا ما تُستخدم الكثافة النسبية لمقارنة كثافة المواد بالنسبة إلى الماء ، الذي تبلغ كثافته 1 جم / سم³.

وحدة قياس الكثافة

وحدة القياس المستخدمة في النظام الدولي (SI) هي كجم / م³، ولكن من الشائع إيجاد هذا المقدار معبرًا عنه أيضًا بوحدة جم / سم³ وز / مل. العلاقة بين وحدات القياس هذه هي:

1 جم / سم³ = 1 جم / مل = 1000 كجم / م³

انظر أيضا معنى كيمياء و قياسات الحجم.