ความหนาแน่นสัมพัทธ์: การคำนวณตัวอย่างแบบฝึกหัด - กายภาพ - 2026

ความหนาแน่นสัมพัทธ์คือความสัมพันธ์ระหว่างมิติความหนาแน่นของสารและการอ้างอิงซึ่งเป็นน้ำปกติจะอยู่ที่ 4 องศาเซลเซียส (39.2 ° F) สำหรับของเหลวและของแข็งในขณะที่ก๊าซอากาศแห้งจะใช้

ในบางตำราเรียกว่าความถ่วงจำเพาะ (แปลตามตัวอักษรของความถ่วงจำเพาะในภาษาอังกฤษ) แต่ก็เป็นแนวคิดเดียวกัน ความหนาแน่นทั้งสองต้องอยู่ในระบบหน่วยเดียวกันและได้รับการวัดภายใต้สภาวะความดันและอุณหภูมิที่เท่ากัน

วัตถุที่ลอยน้ำมีความหนาแน่นสัมพัทธ์ต่ำกว่าน้ำ ที่มา: PIxabay

ความหนาแน่นสัมพัทธ์คำนวณทางคณิตศาสตร์ได้ดังนี้:

แม้ว่าความหนาแน่นของสารใด ๆ จะขึ้นอยู่กับสภาวะความดันและอุณหภูมิที่วัดได้โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อเป็นก๊าซความหนาแน่นสัมพัทธ์เป็นแนวคิดที่มีประโยชน์มากในการจำแนกลักษณะของวัสดุที่หลากหลายได้อย่างรวดเร็ว

นี้สามารถเห็นได้ในทันทีเนื่องจากความหนาแน่นของน้ำอยู่ที่ประมาณ 1 กรัมสำหรับแต่ละลูกบาศก์เซนติเมตร: 1 กรัม / ซีซีหรือ 1,000 กก. / ม. ³ , ที่ความดันบรรยากาศและในช่วงอุณหภูมิที่ดี (0-15 องศาเซลเซียส) .

การให้ความหนาแน่นสัมพัทธ์ของสารทำให้ทราบได้ทันทีว่าสารนั้นเบาหรือหนักเพียงใดเมื่อเทียบกับน้ำสารสากล

นอกจากนี้ความหนาแน่นสัมพัทธ์ยังเป็นค่าที่ง่ายต่อการจดจำเนื่องจากมีการวัดด้วยตัวเลขที่เล็กและง่ายต่อการจัดการดังที่จะเห็นในหัวข้อถัดไปซึ่งจะกล่าวถึงค่าของความหนาแน่นสัมพัทธ์สำหรับสารที่รู้จักบางชนิด

ตัวอย่าง

เห็นได้ชัดว่าความหนาแน่นสัมพัทธ์ของน้ำคือ 1 เนื่องจากตามที่กล่าวไว้ในตอนต้นมันเป็นมาตรฐานอ้างอิงสำหรับของเหลวและของแข็ง ของเหลวเช่นกาแฟนมหรือน้ำอัดลมมีความหนาแน่นสัมพัทธ์ใกล้เคียงกับน้ำมาก

สำหรับน้ำมันไม่มีค่าความหนาแน่นสัมพัทธ์เดียวที่ใช้ได้กับทุกประเภทเนื่องจากขึ้นอยู่กับแหล่งกำเนิดองค์ประกอบและกระบวนการแปรรูป ความหนาแน่นสัมพัทธ์ของน้ำมันส่วนใหญ่อยู่ในช่วงระหว่าง 0.7 ถึง 0.95

ก๊าซมีน้ำหนักเบากว่ามากดังนั้นในหลาย ๆ แอปพลิเคชันการอ้างอิงที่ใช้คือความหนาแน่นของอากาศในลักษณะที่ความหนาแน่นสัมพัทธ์บ่งชี้ว่าก๊าซเบาหรือหนักเมื่อเทียบกับอากาศ เมื่อเทียบกับน้ำความหนาแน่นสัมพัทธ์ของอากาศคือ 0.0013

มาดูค่าความหนาแน่นสัมพัทธ์ของสารและวัสดุที่รู้จักกัน

ความหนาแน่นสัมพัทธ์ของสารที่รู้จักบางชนิด

- ร่างกายมนุษย์: 1.07

- ปรอท: 13.6.

- กลีเซอรีน: 1.26

- น้ำมันเบนซิน: 0.68

- น้ำทะเล: 1,025

- เหล็ก: 7.8.

- ไม้: 0.5

- น้ำแข็ง: 0.92

ค่าความหนาแน่นสัมพัทธ์ให้ข้อมูลทันทีว่าสารหรือวัสดุลอยอยู่ในน้ำหรือจมในทางตรงกันข้าม

เมื่อพิจารณาถึงเรื่องนี้ชั้นของน้ำมันจะยังคงอยู่ด้านบนของชั้นน้ำเนื่องจากน้ำมันเกือบทั้งหมดมีความถ่วงจำเพาะต่ำกว่าของเหลวนี้ ก้อนไม้ในน้ำอาจมีส่วนออกมาเช่นเดียวกับน้ำแข็ง

ความแตกต่างด้วยความหนาแน่นสัมบูรณ์

ความหนาแน่นสัมบูรณ์คือผลหารระหว่างมวลของสารกับปริมาตรที่มีอยู่ เนื่องจากปริมาตรขึ้นอยู่กับอุณหภูมิ (สารส่วนใหญ่ขยายตัวเมื่อถูกความร้อน) และความดันความหนาแน่นจึงขึ้นอยู่กับขนาดทั้งสองนี้ ในทางคณิตศาสตร์เรามี:

โดยที่ρคือความหนาแน่นซึ่งมีหน่วยในระบบสากลคือ Kg / m ³ m คือมวลและ V คือปริมาตร

เนื่องจากความสัมพันธ์ของปริมาตรกับอุณหภูมิและความดันค่าความหนาแน่นที่ปรากฏในตารางมักระบุไว้ที่ความดันบรรยากาศและในช่วงอุณหภูมิที่แน่นอน

ดังนั้นภายใต้สภาวะปกติสำหรับแก๊ส: 1 บรรยากาศของความดันและ0º C อุณหภูมิความหนาแน่นของอากาศที่ตั้งไว้ที่ 1,293 กิโลกรัม / เมตร3

แม้ว่าคุณค่าของมันจะประสบกับความผันแปรเหล่านี้ แต่ก็เป็นปริมาณที่เหมาะสมอย่างยิ่งในการกำหนดพฤติกรรมของสารโดยเฉพาะอย่างยิ่งในสื่อที่ถือว่าต่อเนื่อง

ความแตกต่างของความหนาแน่นสัมพัทธ์คือความหนาแน่นสัมบูรณ์จะมีขนาดซึ่งในกรณีนี้ค่าของมันจะขึ้นอยู่กับระบบหน่วยที่เลือก ด้วยวิธีนี้ความหนาแน่นของน้ำที่อุณหภูมิ4º C คือ:

ρ _น้ำ = 1 g / cm ³ = 1,000 Kg / m ³ = 1.94 slug / ft ³

แบบฝึกหัดที่แก้ไข

- การออกกำลังกาย 1

ค้นหาปริมาตรที่ครอบครองโดยน้ำมัน 16 กรัมซึ่งมีความถ่วงจำเพาะ 0.8

สารละลาย

อันดับแรกเราจะพบ_{น้ำมัน} ρความหนาแน่นสัมบูรณ์ของน้ำมัน แสดงถึงความหนาแน่นสัมพัทธ์เป็น s _gเรามี:

ρ _{น้ำมัน} = 0.8 x ความหนาแน่นของน้ำ

สำหรับความหนาแน่นของน้ำจะใช้ค่าที่ระบุในส่วนก่อนหน้านี้ เมื่อทราบค่าความหนาแน่นสัมพัทธ์ความหนาแน่นสัมบูรณ์จะกลับคืนมาทันทีโดยการคูณค่านี้ด้วยความหนาแน่นของน้ำ ดังนั้น:

ความหนาแน่นของวัสดุ = ความหนาแน่นสัมพัทธ์ x ความหนาแน่นของน้ำ (ภายใต้สภาวะปกติ)

ดังนั้นสำหรับน้ำมันในตัวอย่างนี้:

ρ _{น้ำมัน} = 0.8 x 1 g / cm ³ = 0.8 g / cm ³

เนื่องจากความหนาแน่นเป็นผลหารระหว่างมวล m และปริมาตร V จึงเป็นดังนี้:

- การออกกำลังกาย 2

หินมีความถ่วงจำเพาะ 2.32 และปริมาณของ 1.42 x 10 ^-4ม. 3 ค้นหาน้ำหนักของหินในหน่วยของระบบสากลและในระบบเทคนิค

สารละลาย

ค่าความหนาแน่นของน้ำจะใช้เป็น 1,000 Kg / m ³ :

ρ _หิน = 2.32 x 1,000 Kg / m ³ = 2.32 x 10 ³ Kg / m ³

มวล m ของหินมีหน่วยเป็นกิโลกรัม:

น้ำหนักในหน่วยของระบบทางเทคนิคคือ 0.33 กิโลกรัมแรง ถ้าต้องการในระบบสากลหน่วยคือนิวตันซึ่งมวลคูณด้วยค่า g ความเร่งของแรงโน้มถ่วง

- การออกกำลังกาย 3

พิโนมิเตอร์เป็นภาชนะที่สามารถกำหนดความหนาแน่นสัมพัทธ์ของสารได้ที่อุณหภูมิหนึ่ง

Pycnometer ที่มา: Wikipedia.org.

ในการตรวจสอบความหนาแน่นของของเหลวที่ไม่รู้จักในห้องปฏิบัติการให้ปฏิบัติตามขั้นตอนนี้:

- พิกโนมิเตอร์เปล่าถูกชั่งน้ำหนักและค่าที่อ่านได้คือ 26.038 กรัม

- จากนั้นนำพิโนมิเตอร์เติมน้ำที่อุณหภูมิ20º C (ความหนาแน่นของน้ำ 0.99823 กรัม / ซีซี) และชั่งน้ำหนักโดยได้ค่า 35.966 กรัม

- ในที่สุดพิกโนมิเตอร์ที่เต็มไปด้วยของเหลวที่ไม่รู้จักก็ถูกชั่งน้ำหนักและค่าที่อ่านได้คือ 37,791 กรัม

ขอให้อนุมานนิพจน์เพื่อคำนวณความหนาแน่นของของเหลวและนำไปใช้กับข้อมูลที่ได้รับ

สารละลาย

มวลของทั้งน้ำและของไหลถูกกำหนดโดยการลบค่า pycnometer ที่อ่านได้ทั้งหมดออกจากพิโนมิเตอร์เปล่า:

มวล_H2O = 35.966 g - 26.038 g = 9.928 g; มวล_{ของไหล} = 37.791 g - 26.038 g = 11.753 g

ในที่สุดมันก็ถูกแทนที่ในนิพจน์ที่อนุมานได้:

_{ของเหลว} ρ = (11.753 g / 9.928 g) 0.99823 กรัม / ซีซี = 1.182 กรัม / ซีซี

อ้างอิง

1. สารานุกรมบริแทนนิกา. แรงดึงดูดเฉพาะ. ดึงมาจาก: britannica.com.
2. Giancoli, D. 2006. Physics: Principles with Applications. 6 ^th .. Ed Prentice Hall.
3. Mott, R. 2549. กลศาสตร์ของไหล. 4 ฉบับ การศึกษาของเพียร์สัน. 12-21
4. Valera Negrete, J. 2005. หมายเหตุเกี่ยวกับฟิสิกส์ทั่วไป. ไต้หวัน 44-45
5. ขาว, ฉ. 2547. กลศาสตร์ของไหล. พิมพ์ครั้งที่ 5. Mc Graw Hill 17-18