밀도는 일반적으로 물체, 물질 또는 액체의 질량과 공간에서 차지하는 부피의 비율을 결정하는 물리량이라고 합니다. 밀도가 무엇인지, 신체와 물질의 밀도가 어떻게 다른지, 물리학에서 밀도를 찾는 방법(어떤 공식을 사용하여)에 대해 이야기해 봅시다.
밀도의 종류
밀도는 여러 유형으로 나눌 수 있음을 명확히 해야 합니다.
연구 대상에 따라:
- 균질체의 경우 몸체의 밀도는 몸체의 질량과 공간에서 차지하는 부피의 직접적인 비율입니다.
- 물질의 밀도는 이 물질로 구성된 몸체의 밀도입니다. 물질의 밀도는 일정합니다. 다양한 물질의 밀도를 나타내는 특수 테이블이 있습니다. 예를 들어, 알루미늄의 밀도는 2.7*103kg/m3입니다. 알루미늄의 밀도와 알루미늄으로 만들어진 몸체의 질량을 알면 이 몸체의 부피를 계산할 수 있습니다. 또는 몸체가 알루미늄으로 구성되어 있다는 사실과 이 몸체의 부피를 알면 질량을 쉽게 계산할 수 있습니다. 나중에 밀도 계산 공식을 도출할 때 이러한 양을 찾는 방법을 살펴보겠습니다.
- 신체가 여러 물질로 구성된 경우 밀도를 결정하려면 각 물질에 대한 부품의 밀도를 별도로 계산해야 합니다. 이 밀도를 신체의 평균 밀도라고 합니다.
신체를 구성하는 물질의 다공성에 따라:
- 실제 밀도는 신체의 공극을 고려하지 않고 계산된 밀도입니다.
- 비중 또는 겉보기 밀도는 다공성 또는 부서지기 쉬운 물질로 구성된 몸체의 공극을 고려하여 계산됩니다.
그럼 밀도는 어떻게 구하나요?
밀도 계산 공식
물체의 밀도를 구하는 공식은 다음과 같습니다.
- p = m / V, 여기서 p는 물질의 밀도, m은 물체의 질량, V는 공간에서의 물체의 부피입니다.
특정 가스의 밀도를 계산하면 공식은 다음과 같습니다.
- p = M / V m p - 가스 밀도, M - 가스의 몰 질량, V m - 정상적인 조건에서 몰 부피는 22.4 l/mol입니다.
예: 물질의 질량이 15kg이고 5리터를 차지합니다. 물질의 밀도는 얼마입니까?
해결책: 값을 공식에 대체하십시오.
- p = 15 / 5 = 3(kg/l)
답: 물질의 밀도는 3kg/l입니다.
밀도 단위
물체와 물질의 밀도를 찾는 방법을 아는 것 외에도 밀도 측정 단위도 알아야 합니다.
- 고체의 경우 - kg/m 3, g/cm 3
- 액체의 경우 - 1g/l 또는 10 3 kg/m 3
- 가스의 경우 - 1g/l 또는 10 3 kg/m 3
우리 기사에서 밀도 단위에 대해 자세히 알아볼 수 있습니다.
집에서 밀도를 찾는 방법
집에서 신체나 물질의 밀도를 찾으려면 다음이 필요합니다.
- 저울;
- 몸체가 단단한 경우 센티미터;
- 액체의 밀도를 측정하려는 경우 용기.
집에서 신체의 밀도를 확인하려면 센티미터나 용기를 사용하여 부피를 측정한 다음 신체를 저울에 올려야 합니다. 액체의 밀도를 측정하는 경우 계산하기 전에 액체를 부은 용기의 질량을 빼야 합니다. 집에서 가스 밀도를 계산하는 것은 훨씬 어렵습니다. 다양한 가스의 밀도를 이미 나타내는 기성 테이블을 사용하는 것이 좋습니다.
정의
밀도스칼라 물리량은 물체가 차지하는 부피에 대한 물체의 질량의 비율로 정의됩니다.
이 수량은 일반적으로 그리스 문자 r 또는 라틴 문자 D로 표시됩니다. 디. SI 시스템의 밀도 측정 단위는 kg/m 3 이고 GHS - g/cm 3 입니다.
밀도는 다음 공식을 사용하여 계산할 수 있습니다.
같은 부피, 같은 온도, 같은 압력에서 주어진 가스의 질량과 다른 가스의 질량의 비율을 두 번째 가스에 대한 첫 번째 가스의 상대 밀도라고 합니다.
예를 들어, 정상적인 조건에서 1리터의 부피에 들어있는 이산화탄소의 질량은 1.98g이고, 같은 부피, 동일한 조건에서 수소의 질량은 0.09g입니다. 이로부터 수소에 의한 이산화탄소의 밀도는 다음과 같습니다. 수: 1.98 / 0. 09 = 22.
물질의 밀도를 계산하는 방법
상대 가스 밀도 m 1 / m 2를 문자 D로 표시하겠습니다. 그런 다음
따라서 가스의 몰 질량은 다른 가스에 대한 밀도에 두 번째 가스의 몰 질량을 곱한 것과 같습니다.
종종 다양한 가스의 밀도는 모든 가스 중에서 가장 가벼운 수소와 관련하여 결정됩니다. 수소의 몰질량은 2.0158g/mol이므로, 이 경우 몰질량을 계산하는 방정식은 다음과 같은 형식을 취합니다.
또는 수소의 몰질량을 2로 반올림하면:
예를 들어, 이 방정식을 사용하여 위에 표시된 대로 수소의 밀도가 22인 이산화탄소의 몰 질량을 계산하면 다음을 알 수 있습니다.
M(CO2) = 2 × 22 = 44g/mol.
문제 해결의 예
실시예 1
| 운동 | 0.7M 용액 250ml를 준비하는 데 필요한 물의 부피와 염화나트륨(NaCl)의 질량을 계산하십시오. 용액의 밀도를 1g/cm2로 가정합니다. 이 용액에 들어 있는 염화나트륨의 질량 분율은 얼마입니까? |
| 해결책 | 0.7M과 같은 용액의 몰 농도는 1000ml의 용액에 0.7mol의 염이 포함되어 있음을 나타냅니다. 그러면 이 용액 250ml에 들어 있는 염분의 양을 알아낼 수 있습니다. n(NaCl) = V 용액(NaCl) × CM(NaCl); n(NaCl) = 250 × 0.7 / 1000 = 0.175 몰. 0.175 mol 염화나트륨의 질량을 구해 봅시다: M(NaCl) = Ar(Na) + Ar(Cl) = 23 + 35.5 = 58.5 g/mol. m(NaCl) = n(NaCl) × M(NaCl); m(NaCl) = 0.175 × 58.5 = 10.2375g. 0.7M 염화나트륨 용액 250ml를 얻는 데 필요한 물의 질량을 계산해 보겠습니다. r = m 용액 / V; m 용액 = V ×r = 250 × 1 = 250g. m(H2O) = 250 - 10.2375 = 239.7625g. |
| 답변 | 물의 질량은 239.7625g이고, 물의 밀도는 1g/cm이므로 부피는 같은 값입니다. |
실시예 2
| 운동 | 0.5M 용액 150ml를 준비하는 데 필요한 물의 부피와 질산 칼륨 KNO 3의 질량을 계산하십시오. 용액의 밀도를 1g/cm2로 가정합니다. 이 용액에서 질산칼륨의 질량 분율은 얼마입니까? |
| 해결책 | 0.5M과 같은 용액의 몰 농도는 1000ml의 용액에 0.7mol의 염이 포함되어 있음을 나타냅니다. 그런 다음 이 용액 150ml에 들어 있는 소금의 양을 알아낼 수 있습니다. n(KNO 3) = V 용액(KNO 3) × CM(KNO 3); n(KNO3) = 150 × 0.5 / 1000 = 0.075 몰. 0.075 몰의 질산칼륨의 질량을 구해 봅시다: M(KNO 3) = Ar(K) + Ar(N) + 3×Ar(O) = 39 + 14 + 3×16 = 53 + 48 = 154g/mol. m(KNO 3) = n(KNO 3) × M(KNO 3); m(KNO3) = 0.075 × 154 = 11.55g. 0.5M 질산칼륨 용액 150ml를 얻는 데 필요한 물의 질량을 계산해 보겠습니다. r = m 용액 / V; m 용액 = V ×r = 150 ×1 = 150g. m(H 2 O) = m 용액 - m(NaCl); m(H2O) = 150 - 11.55 = 138.45g. |
| 답변 | 물의 질량은 138.45g이고, 물의 밀도는 1g/cm이므로 부피는 같은 값입니다. |
지구상의 다른 모든 물질 중에서 가스는 밀도가 가장 낮습니다. 일반적으로 액체는 액체에 비해 밀도가 더 높은 특징이 있으며 이 표시기의 최대값은 고체에서 찾을 수 있습니다. 예를 들어, 오스뮴은 가장 밀도가 높은 금속으로 간주됩니다.
밀도 측정
밀도 및 기타 주제 영역을 측정하기 위해 물질의 질량 및 부피와 밀도의 관계를 기반으로 하는 특수하고 복잡한 측정 단위인 이 개념이 채택되었습니다. 따라서 국제 측정 단위 시스템 SI에서 물질의 밀도를 설명하는 데 사용되는 단위는 입방 미터당 킬로그램이며 일반적으로 kg/m3로 표시됩니다.그러나 밀도를 측정해야 하는 매우 작은 양의 물질의 경우 입방 센티미터당 그램 수로 표시되는 일반적으로 허용되는 단위의 파생어를 사용합니다. 축약된 형태로 이 단위는 일반적으로 g/cm3로 표시됩니다.
또한 다양한 물질의 밀도는 온도에 따라 변하는 경향이 있습니다. 대부분의 경우 온도가 낮아지면 물질의 밀도가 증가합니다. 예를 들어, 온도가 +20°C인 일반 공기의 밀도는 1.20kg/m3이고, 온도가 0°C로 떨어지면 밀도는 1.29kg/m3으로 증가하고, 더 감소하면 -50°C에서는 공기 밀도가 1.58kg/m3에 도달합니다. 동시에 일부 물질은 밀도 변화가 지정된 패턴을 따르지 않기 때문에 이 규칙의 예외입니다. 여기에는 예를 들어 물이 포함됩니다.
물질의 밀도를 측정하기 위해 다양한 물리적 도구가 사용됩니다. 예를 들어, 비중계를 사용하여 액체의 밀도를 측정할 수 있고, 고체 또는 기체 물질의 밀도를 결정하기 위해 비중병을 사용할 수 있습니다.
건설 및 농업뿐만 아니라 많은 산업 분야에서 "재료 밀도"라는 개념이 사용됩니다. 이것은 물질의 질량과 그것이 차지하는 부피의 비율로 계산된 양입니다. 예를 들어 콘크리트의 경우 이 매개변수를 알면 건축업자는 빌딩 블록, 천장, 모놀리식 벽, 기둥, 보호 석관, 수영장, 수문 및 기타 물체와 같은 다양한 철근 콘크리트 구조물을 타설할 때 필요한 수량을 계산할 수 있습니다.
밀도를 결정하는 방법
건축 자재의 밀도를 결정할 때 다양한 물질에 대해 이러한 값을 제공하는 특수 참조 표를 사용할 수 있다는 점에 유의하는 것이 중요합니다. 참고 자료에 접근할 수 없는 경우 실제로 그러한 데이터를 얻을 수 있는 계산 방법과 알고리즘도 개발되었습니다.
밀도는 다음에 의해 결정됩니다.
- 비중계 장치가 있는 액체 본체(예: 자동차 배터리 전해질 매개변수를 측정하는 잘 알려진 프로세스)
- 질량과 부피에 대한 초기 데이터가 알려진 공식을 사용하여 고체 및 액체 물질.
물론 모든 독립적 계산에는 부정확성이 있습니다. 신체의 모양이 불규칙한 경우 부피를 안정적으로 결정하기가 어렵기 때문입니다.
밀도 측정 오류
- 오류는 체계적입니다. 이는 동일한 매개변수를 여러 번 측정하는 과정에서 특정 법칙에 따라 지속적으로 나타나거나 변경될 수 있습니다. 기기 스케일의 오류, 장치의 낮은 감도 또는 계산 공식의 정확도와 관련됩니다. 따라서 예를 들어 체중을 사용하여 체중을 결정하고 부력의 영향을 무시하면 대략적인 데이터가 얻어집니다.
- 오류는 무작위입니다. 이는 들어오는 이유로 인해 발생하며 결정되는 데이터의 신뢰성에 다른 영향을 미칩니다. 주변 온도, 대기압, 실내 진동, 눈에 보이지 않는 방사선 및 공기 진동의 변화가 모두 측정에 반영됩니다. 그러한 영향을 완전히 피하는 것은 불가능합니다.
- 값을 반올림하는 중 오류가 발생했습니다. 수식 계산에서 중간 데이터를 얻을 때 숫자의 소수점 이하 유효 숫자가 많은 경우가 많습니다. 이러한 문자 수를 제한해야 한다는 것은 오류가 나타남을 의미합니다. 이러한 부정확성은 중간 계산에 최종 결과에 필요한 것보다 몇 자릿수 더 많은 숫자를 남겨두면 부분적으로 줄어들 수 있습니다.
- 부주의 오류(누락)는 잘못된 계산, 측정 한계 또는 장치 전체의 잘못된 포함, 제어 기록의 판독 불가능으로 인해 발생합니다. 이러한 방식으로 얻은 데이터는 유사하게 수행된 계산과 크게 다를 수 있습니다. 따라서 제거하고 작업을 다시 수행해야 합니다.
실제 밀도 측정
건축 자재의 밀도를 고려할 때 실제 가치를 고려해야 합니다. 즉, 단위 부피의 물질 구조에 껍질, 공극 및 이물질이 포함되어 있지 않은 경우입니다. 실제로, 예를 들어 콘크리트를 거푸집에 부을 때 절대적인 균일성은 없습니다. 재료의 밀도에 직접적으로 의존하는 실제 강도를 결정하기 위해 다음 작업이 수행됩니다.
- 구조는 분말 상태로 분쇄됩니다. 이 단계에서 모공이 제거됩니다.
- 100도 이상의 온도에서 건조하고 시료에 남아 있는 수분을 제거합니다.
- 실온으로 식힌 후 메쉬 크기가 0.20 x 0.20 mm인 미세한 체에 통과시켜 분말을 균일하게 만듭니다.
- 결과 샘플의 무게는 고정밀 전자 저울로 측정됩니다. 부피는 액체 구조에 담그고 변위된 액체를 측정하여 부피 측정기에서 계산됩니다(비중 분석).
계산은 다음 공식에 따라 수행됩니다.
여기서 m은 샘플의 질량(g)입니다.
V는 cm3 단위의 부피 값입니다.
kg/m 3 단위의 밀도 측정이 적용되는 경우가 많습니다.
평균 재료 밀도
습기, 양의 온도와 음의 온도, 기계적 부하의 영향을 받는 실제 작동 조건에서 건축 자재가 어떻게 작동하는지 확인하려면 평균 밀도를 사용해야 합니다. 이는 재료의 물리적 상태를 나타냅니다.
실제 밀도가 일정한 값이고 물질의 결정 격자의 화학적 조성과 구조에만 의존하는 경우 평균 밀도는 구조의 다공성에 의해 결정됩니다. 이는 자연 조건에서 점유 공간의 부피에 대한 균질한 상태의 재료 질량의 비율을 나타냅니다.
평균 밀도는 엔지니어에게 요소 구성에 사용되는 기계적 강도, 수분 흡수율, 열전도 계수 및 기타 중요한 요소에 대한 아이디어를 제공합니다.
벌크 밀도의 개념
벌크 건축 자재(모래, 자갈, 팽창 점토 등) 분석을 위해 도입되었습니다. 이 지표는 건물 혼합물의 특정 구성 요소의 비용 효율적인 사용을 계산하는 데 중요합니다. 느슨한 구조 상태에서 물질이 차지하는 부피에 대한 물질의 질량의 비율을 보여줍니다.
예를 들어, 재료의 입상 형태와 입자의 평균 밀도를 알고 있으면 공극률 매개변수를 쉽게 결정할 수 있습니다. 콘크리트를 생산할 때에는 시멘트 베이스 재료를 사용하여 충전하므로 비용이 증가하므로 건조물의 다공성이 적은 충전재(자갈, 쇄석, 모래)를 사용하는 것이 좋습니다.
일부 재료의 밀도 표시기
일부 테이블에서 계산된 데이터를 가져오면 다음과 같습니다.
- 칼슘, 규소 및 산화알루미늄을 함유한 물질의 무게는 m3당 2400~3100kg입니다.
- 셀룰로오스 기반의 목재 종 - m3당 1550kg.
- 유기물(탄소, 산소, 수소) - m3당 800-1400kg.
- 금속: 강철 - 7850, 알루미늄 - 2700, 납 - m3당 11300kg.
현대 건축 기술을 사용하면 하중 지지 구조의 강도 측면에서 자재 밀도 표시기가 중요합니다. 모든 단열 및 방습 기능은 독립 셀 구조의 저밀도 소재로 수행됩니다.
우리 주변의 모든 것은 다양한 물질로 구성되어 있습니다. 배와 목욕탕은 나무로 만들고, 다리미와 간이 침대는 철로 만들고, 바퀴 달린 타이어와 연필 지우개는 고무로 만듭니다. 그리고 물체마다 무게가 다릅니다. 우리 중 누구라도 시장에서 육즙이 많고 잘 익은 멜론을 쉽게 가지고 다닐 수 있지만 같은 크기의 무게를 견디려면 땀을 흘려야 합니다.
모두가 다음과 같은 유명한 농담을 기억합니다. “어느 것이 더 무거울까요? 못 1kg인가요 아니면 보풀 1kg인가요? 우리는 더 이상 이 유치한 속임수에 빠지지 않을 것입니다. 우리는 둘 다의 무게는 동일하지만 볼륨은 크게 다를 것이라는 것을 알고 있습니다. 그럼 왜 이런 일이 일어나는 걸까요? 같은 크기라도 서로 다른 물체와 물질의 무게가 다른 이유는 무엇입니까? 아니면 그 반대의 경우에도 크기가 다르고 동일한 무게입니까? 분명히 물질이 서로 너무 다르기 때문에 몇 가지 특징이 있습니다. 물리학에서는 이러한 특성을 물질의 밀도라고 부르며 7학년 때 가르칩니다.
물질의 밀도: 정의 및 공식
물질의 밀도에 대한 정의는 다음과 같습니다. 밀도는 물질의 질량이 부피 단위(예: 1입방미터)로 표시됩니다. 따라서 물의 밀도는 1000kg/m3이고 얼음은 900kg/m3이므로 겨울에는 얼음이 더 가벼워 저수지 위에 쌓이게 됩니다. 즉, 이 경우 물질의 밀도는 우리에게 무엇을 보여줍니까? 얼음 밀도가 900kg/m3이면 한 변의 길이가 1m인 얼음 조각의 무게가 900kg이라는 뜻입니다. 그리고 물질의 밀도를 결정하는 공식은 다음과 같습니다: 밀도 = 질량/부피. 이 표현에 포함된 양은 다음과 같이 지정됩니다: 질량 - m, 몸체의 부피 - V, 밀도는 문자 ρ(그리스 문자 "rho")로 지정됩니다. 그리고 공식은 다음과 같이 쓸 수 있습니다.
물질의 밀도를 찾는 방법
물질의 밀도를 찾거나 계산하는 방법은 무엇입니까? 그러기 위해서는 체적과 체중을 알아야 합니다. 즉, 물질을 측정하고 무게를 측정한 다음 얻은 데이터를 공식에 대입하여 필요한 값을 찾습니다. 그리고 물질의 밀도를 측정하는 방법은 공식에서 명확합니다. 입방미터당 킬로그램 단위로 측정됩니다. 때로는 입방센티미터당 그램과 같은 값을 사용하기도 합니다. 한 값을 다른 값으로 변환하는 것은 매우 간단합니다. 1g = 0.001kg, 1cm3 = 0.000001m3입니다. 따라서 1g/(cm)^3 =1000kg/m^3입니다. 또한 물질의 밀도는 응집 상태에 따라 다르다는 점을 기억해야 합니다. 즉, 고체, 액체 또는 기체 형태입니다. 고체의 밀도는 대부분 액체의 밀도보다 높고 기체의 밀도보다 훨씬 높습니다. 아마도 우리에게 매우 유용한 예외는 물일 것입니다. 우리가 이미 고려한 것처럼 물은 액체 상태보다 고체 상태에서 무게가 더 가볍습니다. 지구상에 생명체가 존재할 수 있는 것은 물의 이러한 이상한 특성 때문입니다. 우리가 알고 있듯이 지구상의 생명체는 바다에서 유래되었습니다. 그리고 물이 다른 모든 물질처럼 행동한다면 바다와 바다의 물은 얼어붙을 것이고, 물보다 무거운 얼음은 바닥으로 가라앉아 녹지 않고 그대로 있을 것입니다. 그리고 적도의 작은 물기둥에서만 생명체가 여러 종의 박테리아 형태로 존재할 수 있습니다. 그래서 우리는 물에게 우리의 존재에 대해 감사하다고 말할 수 있습니다.
