في النظام الدولي تعتبر وحدة قياس الكثافة من أهم الوحدات، وذلك لارتباطها بالعديد من التطبيقات العلمية والحياتية، لذلك هناك العديد من الشروحات العلمية التفصيلية حول طبيعة قياس الكثافة ووحداتها وطرقها. اللازمة لذلك. وأهميتها في مختلف النواحي العلمية.
تعريف الكثافة
- للكثافة العديد من التعريفات وفقًا لما تعنيه بمعاني مختلفة.
- من المقبول عمومًا أن الكثافة هي إحدى الخصائص الفيزيائية لأنواع مختلفة من المواد، ولكل مادة كثافة محددة ومحددة تختلف عن كثافة المواد الأخرى.
- تُعرّف الكثافة علميًا بأنها العلاقة بين كتلة الجسم وحجمه.
- تختلف قيمة الاختلاف في كثافة المواد باختلاف الظواهر الطبيعية مثل الغرق أو الطفو.
- ظاهرة التيارات المائية الموجودة في المحيطات وظاهرة تيارات الهواء البارد والدافئ والعديد من الظواهر الأخرى.
انظر أيضًا الخصائص الفيزيائية والكيميائية للخشب
العوامل المؤثرة على كثافة المواد
تؤثر بعض العوامل وتساهم في الاختلاف الواضح في كثافة المواد المختلفة، ومن أهمها:
الكتلة الذرية
- تتكون نواة أي ذرة من مجموعة أو عدد معين من الجسيمات الصغيرة، والتي تنقسم إلى ثلاثة أنواع: البروتونات وهي جسيمات موجبة الشحنة، والنيوترونات وهي جسيمات بلا شحنة أو شحنة متساوية، والإلكترونات سالبة الشحنة. حبيبات.
- رقم الكتلة الذرية هو ما يمثل مجموع هذه الجسيمات بنسب معينة.
- تمتلك الذرات التي تحتوي على عدد أكبر من البروتونات والنيوترونات كتلة أكبر من الذرات ذات العدد الأقل.
- كتلة جسيمات الإلكترون أقل من مجموع كتلة البروتونات والنيوترونات، وبالتالي فإن الذرات التي تحتوي على أكبر عدد من الإلكترونات لها كتلة أقل من باقي الذرات.
قوة الروابط الجزيئية
- تعتبر الروابط بين ذرات الجزيئات التي تتكون منها المادة من أهم الأشياء التي تحدد الخصائص المميزة لهذه المادة وأهمها الكثافة.
- يتم تحديد حالة المادة نفسها، سواء كانت صلبة أو سائلة أو غازية، من خلال نوع وهيكل الروابط بين ذرات الجزيء.
- ثم تعمل قوة الروابط بين هذه الجزيئات على الاختلافات في التركيب البلوري للمادة، مما يؤثر على كثافتها.
- كلما زاد عدد الروابط، زاد عدد الذرات الموجودة داخل مساحة صغيرة، مما يزيد الكثافة.
- كلما قل عدد الروابط، قل عدد الذرات الموجودة في مساحة صغيرة، مما يقلل الكثافة.
كثافة مختلطة
- تحتوي بعض المواد على جزيئات في الحالة السائلة جنبًا إلى جنب مع الجزيئات في الحالة الغازية، وهذا ما يسمى مصطلح الكثافة المختلطة.
- يؤثر الاختلاف في طبيعة وحالة الجسيمات في مادة ما بشكل مباشر على كثافتها.
وحدة الكثافة في النظام الدولي
- بعد تحديد مفهوم الكثافة، يتضح أنه لا يمكن قياس الكثافة دون معرفة كتلة وحجم المادة المراد قياس كثافتها.
- بينما الكثافة هي القانون الرياضي المستخدم لقياسها (كثافة الجسم تساوي كتلة ذلك الجسم مقسومة على حجمه). يجب تحديد كتلة وحجم الجسم لتحديد كثافته بدقة.
- وحدة SI للكثافة هي وحدة SI للكتلة مقسومة على وحدة SI للحجم.
- وحدة الكتلة في النظام الدولي للوحدات هي الكيلوجرام، بينما وحدة الحجم في النظام الدولي للوحدات هي المتر المكعب، لذا فإن وحدة الكثافة في النظام الدولي للوحدات هي الكيلوجرام لكل متر مكعب.
- يعرّف النظام الدولي للوحدات القياسية وحدة الكثافة على أنها كيلوغرام واحد لكل متر مكعب.
- هناك وحدات أكثر شيوعًا لقياس كثافة المواد الأصغر من وحدة SI للكثافة، مثل وحدات جرام / مليمتر وغرام / لتر، وهي فعالة لقياس كثافة الأحجام الصغيرة للمادة.
تختلف كثافة المواد باختلاف درجة الحرارة
- المعلومات الأساسية والحقيقة العلمية المقبولة دائمًا هي أن المواد الصلبة لديها أعلى كثافة، تليها السوائل ذات الكثافة المنخفضة، وأخيرًا الغازات هي الأقل كثافة.
- لقد ثبت أن هذه الحقيقة لا تنطبق على جميع المواد في جميع الحالات أو في ظل ظروف مختلفة.
- اتضح أن هناك سوائل يمكن أن تكون كثافتها أكبر من المواد الصلبة بسبب العلاقة القوية بين درجة حرارة هذه المواد وكثافتها.
- ترتبط درجة الحرارة بحركة الذرات داخل جزيئات المادة وتؤثر عليها، مما يعمل على تغيير طبيعة وقوة الروابط بين تلك الذرات، مما يؤدي إلى اختلافات في كثافتها. في المواد الغازية هناك اتصال مباشر. بين درجة حرارة الذرات وحجم المادة.
فيما يلي بعض المواد التي تتأثر كثافتها بالحرارة:
ماء نظيف
- تتأثر كثافة الماء النقي بشكل مباشر باختلاف درجات الحرارة.
- تسخين وزيادة درجة حرارة الماء النقي يقلل من كثافته.
- والسبب في ذلك هو أن الطاقة الحركية لجزيئات الماء النقي تزداد مع زيادة درجة الحرارة، مما يجعلها تشغل مساحة أكبر، وتزداد في الحجم وتقل كثافتها.
شاهد أيضاً: كثافة الخشب والزان الغاليين؟
سوائل صافية
- الإيثانول النقي هو شكل سائل نقي. إنه مركب قطبي، مثل الماء، يشكل روابط هيدروجينية بين الذرات.
- هيكل مركب الإيثانول النقي هو نفسه الشبكات الثلاثية للمياه.
- ولكن على عكس الماء، الذي تزداد كثافته مع انخفاض درجة الحرارة، ينخفض مركب الإيثانول إذا انخفضت درجة الحرارة.
- تتصرف معظم السوائل النقية بشكل مشابه للإيثانول النقي عند تعرضها لدرجات حرارة منخفضة.
الصيغة الرياضية للكثافة
- تعتبر كثافة في اللغة اللاتينية القديمة، والتي تستخدم في الرموز الكيميائية الحديثة مع الرمز (ρ) وتسمى (rho).
- وفي الوقت نفسه، تعتبر الكتلة في اللغة اللاتينية القديمة برمز (M)، وهو الحرف الأول من كلمة (Mass) أو (Mass)، مما يعني الكتلة.
- يعتبر أيضًا عن الحجم باللاتينية القديمة بالرمز (V)، وهو الحرف الأول من كلمة (المجلد) أو (الحجم)، مما يعني الحجم.
- وهكذا، فإن الصيغة الرياضية لمعادلة كيميائية يقاس قانونها بالكثافة هي ρ = M / V، وتوضح أن الكثافة هي ناتج الكتلة مقسومة على الحجم، ويتم قياس الناتج بالكيلوجرام لكل متر مكعب. .
كثافة بعض المواد المختلفة
المواد المختلفة لها كثافة مختلفة.
كثافة الجليد
- كثافة الثلج عند درجة حرارة التجمد (صفر درجة مئوية) هي 917. جرام لكل مليلتر.
كثافة جزيء الماء
- تبلغ كثافة جزيء الماء عند 4 درجات مئوية جرامًا واحدًا لكل مليلتر.
كثافة عنصر الذهب
- كثافة الذهب 19.13 جرام لكل مليلتر.
كثافة الدهون في الجسم
- كثافة الدهون في الجسم 94 جرام لكل مليلتر.
كثافة الهواء الجاف
- كثافة الهواء الجاف عند درجة حرارة 25 درجة مئوية هي 001185. جرام لكل مليلتر.
كثافة غاز الهليوم
- تبلغ كثافة غاز الهليوم عند درجة حرارة 25 درجة مئوية 164000 جرام لكل مليلتر.
كثافة مادة القابس
- تتراوح كثافة مادة الفلين بين 22. -26. غرام لكل مليلتر.
كثافة سكر المائدة
- كثافة سكر المائدة 1.59 جرام لكل مليلتر.
كثافة التربة
- تبلغ كثافة التربة 5.54 جرام لكل مليلتر.
انظر أيضًا: الفرق بين الكتلة والوزن والحجم والكثافة
تعتبر وحدة قياس الكثافة في النظام الدولي من الوحدات الأساسية والمهمة التي يجب معرفتها لما لها من تطبيقات علمية وحياتية متنوعة. معرفة كثافة أي مادة مفيدة في تحديد خصائصها الفيزيائية الأخرى.