Jak se měří hustota?
Přejděte na portál RUVIKI, kde jsou materiály pro přípravu OGE a jednotná státní zkouška.
Přejděte na materiály OGE/USE
RUVIKI pro OGE/USE
Přejděte na portál RUVIKI, kde jsou materiály pro přípravu OGE a jednotná státní zkouška.
Tento termín má jiné významy, viz Hustota (významy).
| Hustota | |
|---|---|
| ρ = MV >> | |
| Dimenze | L -3 M |
| Jednotky měření | |
| SI | kg / m³ |
| GHS | g / cmXNUMX |
| Poznámky | |
| skalární veličina | |
Hustota – skalární fyzikální veličina definovaná jako poměr hmotnosti tělesa k objemu, který toto těleso zabírá, nebo jako derivace hmotnosti podle objemu:
Tyto výrazy nejsou ekvivalentní a výběr závisí na tom, která hustota je uvažována. Liší se:
- průměrná tělesná hustota – poměr hmotnosti těla k jeho objemu M/V. V homogenním případě se to jednoduše nazývá hustota tělesa (neboli hustota látky, z níž se toto těleso skládá);
- hustota těla v bodě — mez poměru hmotnosti malé části těla (Δ m) obsahující tento bod k objemu této malé části (Δ V), když objem má tendenci k nule [1], nebo krátce lim Δ V → 0 Δ m / Δ V > . Vzhledem k tomu, že na atomární úrovni je každé těleso nehomogenní, při přejezdu na limit se musíte zastavit na objemu odpovídajícím použitému fyzikálnímu modelu.
Pro hmotu bodu je hustota nekonečná. Matematicky ji lze definovat buď jako míru, nebo jako Radon-Nicodemův derivát s ohledem na nějakou referenční míru.
Vzorec pro zjištění hustoty [upravit | upravit kód]
Případ zrnitých a porézních těles [editovat | upravit kód]
Hlavní článek: Sypná hustota
- skutečná hustota, stanovená bez zohlednění dutin;
- objemová hustota, vypočtená jako poměr hmotnosti látky k celému objemu, který zaujímá.
Skutečná hustota z objemu (zdánlivá) se získá pomocí hodnoty koeficientu pórovitosti – podílu objemu dutin v obsazeném objemu.
Závislost hustoty na teplotě [upravit | upravit kód]
S klesající teplotou se zpravidla zvyšuje hustota, i když existují látky, jejichž hustota se v určitém teplotním rozsahu chová odlišně, například voda, bronz a litina. Hustota vody má tedy maximální hodnotu při 4 °C a klesá s rostoucí i klesající teplotou vzhledem k této hodnotě.
Při změně stavu agregace se prudce mění hustota látky: hustota se zvyšuje při přechodu z plynného skupenství do kapalného a při tuhnutí kapaliny. Výjimkou z tohoto pravidla jsou voda, křemík, vizmut a některé další látky, protože jejich hustota při tuhnutí klesá.
Rozsah hustot v přírodě [ upravit | upravit kód]
U různých přírodních objektů se hustota mění ve velmi širokém rozsahu.
- Mezigalaktické prostředí má nejnižší hustotu (2·10−31 -5·10−31 kg/m³, vyjma temné hmoty) [2].
- Hustota mezihvězdného prostředí je přibližně 10 -23 -10 -21 kg/m³.
- Průměrná hustota červených obrů v jejich fotosférách je mnohem menší než hustota Slunce – kvůli skutečnosti, že jejich poloměr je při srovnatelné hmotnosti stokrát větší.
- Hustota plynného vodíku (nejlehčího plynu) za standardních podmínek je 0,0899 kg/m³.
- Hustota suchého vzduchu za standardních podmínek je 1,293 kg/m³.
- Jeden z nejtěžších plynů, hexafluorid wolframu, je přibližně 10krát těžší než vzduch (12,9 kg/m³ při +20 °C)
- Kapalný vodík má při atmosférickém tlaku a teplotě −253 °C hustotu 70 kg/m³.
- Hustota kapalného helia při atmosférickém tlaku je 130 kg/m³.
- Průměrná hustota lidského těla je od 940-990 kg/m³ s plným nádechem do 1010-1070 kg/m³ s plným výdechem.
- Hustota sladké vody při 4 °C je 1000 kg/m³.
- Průměrná hustota Slunce ve fotosféře je asi 1410 kg/m³, což je přibližně 1,4krát více než hustota vody.
- Žula má hustotu 2600 kg/m³.
- Průměrná hustota Země je 5520 kg/m³.
- Hustota železa je 7874 kg/m³.
- Hustota kovového uranu je 19100 kg/m³.
- Hustota zlata je 19320 kg/m³.
- Hustota neptunia, nejhustšího aktinidu, je 20200 XNUMX kg/m³.
- Nejhustšími látkami za standardních podmínek jsou kovy ze skupiny platiny šesté periody (osmium, iridium, platina) a také rhenium. Mají hustotu 21000–22700 kg/m³.
- Hustota atomových jader je přibližně 2 10 kg/m³.
- Teoreticky je horní hranice hustoty podle moderních [kdy?] fyzikálním konceptem je Planckova hustota 5,1⋅10 96 kg/m³.
Hustoty astronomických objektů [upravit | upravit kód]
Průměrná hustota slunečních nebeských těles
systém (v g/cm³) [3] [4] [5]
- Průměrné hustoty nebeských těles Sluneční soustavy viz příloha.
- Meziplanetární prostředí ve Sluneční soustavě je značně heterogenní a jeho hustota v okolí Země je ~10 −21 ÷10 −20 kg/m³.
- Hustota mezihvězdného prostředí je ~10 −23 ÷10 −21 kg/m³.
- Hustota mezigalaktického prostředí je 2×10 −34 ÷5×10 −34 kg/m³.
- Průměrná hustota červených obrů je o mnoho řádů menší než hustota Slunce kvůli skutečnosti, že jejich poloměr je stokrát větší.
- Hustota bílých trpaslíků 10 8 ÷10 12 kg/m³
- Hustota neutronových hvězd je řádově 10 17 ÷ 10 18 kg/m³.
- Průměrná (objemově pod horizontem událostí) hustota černé díry závisí na její hmotnosti a je vyjádřena vzorcem:
Hustoty některých plynů [upravit | upravit kód]
Hustota plynů, kg/m³ při nízkém tlaku.
| Dusík | 1,250 | Kyslík | 1,429 |
| Amoniak | 0,771 | Krypton | 3,743 |
| Argon | 1,784 | Xenon | 5,851 |
| Vodík | 0,090 | Metan | 0,717 |
| vodní pára (100 °C) | 0,598 | Neon | 0,900 |
| ovzduší | 1,293 | Radon | 9,81 |
| Hexafluorid wolframu | 12,9 | Oxid uhličitý | 1,977 |
| Helium | 0,178 | Chlor | 3,164 |
| Dician | 2,38 | Ethylen | 1,260 |
Pro výpočet hustoty libovolného ideálního plynu za libovolných podmínek můžete použít vzorec odvozený ze stavové rovnice ideálního plynu: [6]
- p – tlak,
- M mol > — molární hmotnost,
- R je univerzální plynová konstanta, která se rovná přibližně 8,314 J/(mol K)
- T je termodynamická teplota.
Hustoty některých kapalin [upravit | upravit kód]
V sekci nedostatek odkazů na zdroje (viz doporučení pro vyhledávání).
Informace musí být ověřitelné, jinak mohou být smazány. Můžete použít autoritativní zdroje ve formě poznámek pod čarou. (4. ledna 2019)
Hustota kapalin, kg/m³
| benzín | 710 | mléko | 1040 |
| Voda (4 °C) | 1000 | Rtuť (0 °C) | 13600 |
| Kerosene | 820 | Diethylether | 714 |
| Glycerol | 1260 | Ethanol | 789 |
| Mořská voda | 1030 | Terpentin | 860 |
| Olivový olej | 920 | Aceton | 792 |
| Motorový olej | 910 | Kyselina sírová | 1835 |
| Olej | 550-1050 | kapalný vodík (-253 °C) | 70 |
Hustota některých druhů dřeva [ upravit | upravit kód]
Hustota dřeva, g/cm³
| Balsa | 0,15 | Sibiřská jed | 0,39 |
| Sequoia evergreen | 0,41 | Smrk | 0,45 |
| Willow | 0,46 | Alder | 0,49 |
| Aspen | 0,51 | Borovice | 0,52 |
| Lime tree | 0,53 | Koňský kaštan | 0,56 |
| Jedlý kaštan | 0,59 | Cypress | 0,60 |
| ptačí třešeň | 0,61 | Leshchina | 0,63 |
| Ořech | 0,64 | Birch | 0,65 |
| Třešeň | 0,66 | Jilm hladký | 0,66 |
| Larch | 0,66 | javor polní | 0,67 |
| Teak | 0,67 | Beech | 0,68 |
| Hruška | 0,69 | Dub | 0,69 |
| švýcarsko (mahagon) | 0,70 | Klen | 0,70 |
| Joster (řešetlák) | 0,71 | Tis | 0,75 |
| Ash-tree | 0,75 | Švestka | 0,80 |
| Lilac | 0,80 | Hloh | 0,80 |
| Pekanový ořech (carya) | 0,83 | Santalové dřevo | 0,90 |
| Boxwood | 0,96 | Eben | 1,08 |
| Quebracho | 1,21 | Lignum vitae | 1,28 |
| Korek | 0,20 |
Hustota některých kovů [upravit | upravit kód]
Hodnoty hustoty kovů se mohou lišit ve velmi širokém rozmezí: od nejnižší hodnoty pro lithium, které je lehčí než voda, až po nejvyšší hodnotu pro osmium, které je těžší než zlato a platina.
Hustota kovů, kg/m³
| Osmium | 22610 [7] | Rhodium | 12410 [8] | Chrome | 7190 [9] |
| Iridium | 22560 [10] | Palladium | 12020 [11] | Německo | 5320 [12] |
| Plutonium | 19840 [13] | Olovo | 11350 [14] | Hliník | 2700 [15] |
| Platina | 19590 [16] | Stříbro | 10500 [17] | Berýlium | 1850 [18] |
| Zlato | 19300 [14] | Nikl | 8910 [19] | Rubidium | 1530 [20] |
| Uran | 19050 [21] | Kobalt | 8860 [22] | Sodík | 970 [23] |
| Tantal | 16650 [24] | Měď | 8940 [25] | Cesium | 1840 [26] |
| Rtuť | 13530 [27] | Železo | 7870 [28] | Draslík | 860 [29] |
| Ruthenium | 12450 [30] | Mangan | 7440 [31] | Lithium | 530 [32] |
Měření hustoty[upravit | upravit kód]
Pro měření hustoty se používají následující:
- Pyknometr – přístroj na měření skutečné hustoty
- Různé typy hustoměrů jsou hustoměry kapalin.
- Kaczynského vrták a Seidelmanův vrták jsou přístroje pro měření hustoty půdy.
- Vibrační hustoměr je zařízení pro měření hustoty kapalin a plynů pod tlakem.
- Hydrostatická metoda vážení.
Kostní denzitometrie je postup pro měření hustoty lidské kostní tkáně.
Hustota je intenzita rozložení jedné veličiny nad druhou.
Termín kombinuje několik různých konceptů, jako jsou: hustota hmoty; optická hustota; hustota obyvatel; hustota budovy; hustota ohně a mnoho dalších. Podívejme se na dva pojmy související s nedestruktivním testováním.
1. Hustota látky.
Ve fyzice je hustota látky hmotnost této látky obsažená v jednotce objemu za normálních podmínek. Tělesa o stejném objemu, vyrobená z různých látek, mají různou hmotnost, což charakterizuje jejich hustotu. Například dvě kostky stejné velikosti, vyrobené z litiny a hliníku, se budou lišit hmotností a hustotou.
Chcete-li vypočítat hustotu tělesa, musíte přesně určit jeho hmotnost a vydělit ji přesným objemem tohoto tělesa.
kg/m3
— Měrné jednotky
hustota v mezinár
soustava jednotek (SI)
g/cm 3
— Měrné jednotky
hustota v systému GHS
Odvoďme vzorec pro výpočet hustoty.
Například určíme hustotu betonu. Vezměme betonovou krychli o hmotnosti 2,3 kg o straně 10 cm Vypočítejte objem krychle.
Dosaďte data do vzorce.
Dostaneme hustotu 2 300 kg/m3.
Betonová kostka o straně 10 cm
Graf hustoty vody v závislosti na teplotě
Na čem závisí hustota látky?
Hustota látky závisí na teplotě. Takže v naprosté většině případů s klesající teplotou hustota roste. Výjimkou je voda, litina, bronz a některé další látky, které se v určitém teplotním rozmezí chovají odlišně. Voda má například maximální hustotu při 4 °C. Jak se teplota zvyšuje nebo snižuje, hustota se bude snižovat.
Hustota látky se také mění, když se mění její stav agregace. Roste náhle, když látka přechází z plynného do kapalného stavu a poté do pevného. I zde existují výjimky: při tuhnutí klesá hustota vody, vizmutu, křemíku a některých dalších látek.
Jak se měří hustota látky?
K měření hustoty různých látek se používají speciální přístroje a zařízení. Hustota kapalin a koncentrace roztoků se tedy měří různými hustoměry. Pro měření hustoty pevných látek, kapalin a plynů je navrženo několik typů pyknometrů.
2. Optická hustota.
Ve fyzice je optická hustota schopnost průhledných materiálů absorbovat světlo a neprůhledných materiálů je odrážet. Tento koncept ve většině případů charakterizuje stupeň zeslabení světelného záření při jeho průchodu vrstvami a filmy různých látek.
Optická hustota je obvykle vyjádřena jako dekadický logaritmus poměru toku záření dopadajícího na objekt k toku procházejícího objektem nebo odraženého od něj:
Optická hustota = logaritmus (tok záření dopadající na objekt, kde D je optická hustota; F – tok záření dopadající na předmět; F – tok záření procházející objektem nebo od něj odražený).
V metodě radiografického testování je optická hustota jedním z hlavních parametrů, které určují vhodnost snímků pro interpretaci. Přijatelné hodnoty tohoto parametru jsou určeny požadavky GOST 7512-82 (část 6 – interpretace obrázků).
Optická hustota se měří v Bellech, zkráceně „B“. K měření optické hustoty se používá denzitometr. Zařízení porovnává jas rentgenového prohlížeče a jas bodu na filmu. Z těchto dvou hodnot přístroj určí optickou hustotu. Čím vyšší hustota, tím tmavší obraz.