Оқушылар физикадағы заттардың массасы мен көлемі ұғымымен танысқаннан кейін кез келген дененің тығыздық деп аталатын маңызды сипаттамасын зерттейді. Төмендегі мақала осы құндылыққа арналған. Төменде тығыздықтың физикалық мағынасының сұрақтары ашылған. Сондай-ақ тығыздық формуласы берілген. Оны эксперименттік өлшеу әдістері сипатталған.
Тығыздық түсінігі
Мақаланы заттың тығыздығының формуласын тікелей жазудан бастайық. Мынадай көрінеді:
ρ=м / V.
Мұндағы m – қарастырылатын дененің массасы. Ол SI жүйесінде килограмммен көрсетіледі. Тапсырмаларда және тәжірибеде сіз оның басқа өлшем бірліктерін де таба аласыз, мысалы, грамм немесе тонна.
Формуладағы V таңбасы дененің геометриялық параметрлерін сипаттайтын көлемді білдіреді. Ол текше метрмен SI-де өлшенеді, дегенмен текше километр, литр, миллилитр, т.б. пайдаланылады.
Тығыздық формуласы бірлік құрамындағы заттың қандай массасын көрсетедікөлемі. ρ мәнін пайдалана отырып, екі дененің қайсысы тең көлемдерде үлкен салмаққа ие болатынын немесе екі дененің қайсысының массалары бірдей көлемде үлкенірек болатынын анықтауға болады. Мысалы, ағаш темірге қарағанда тығыз емес. Демек, бұл заттардың бірдей көлемдерінде темірдің массасы ағаш үшін бірдей мәннен айтарлықтай асып түседі.
Салыстырмалы тығыздық түсінігі
Бұл шаманың атауының өзі бір дене үшін зерттелетін мән екінші дене үшін ұқсас сипаттамаға қатысты қарастырылатынын көрсетеді. ρr салыстырмалы тығыздық формуласы келесідей:
ρr=ρs / ρ0.
Мұнда ρs - өлшенетін материалдың тығыздығы, ρ0 - ρ мәні қарсы болатын тығыздық r өлшенеді . Әлбетте, ρr өлшемсіз. Ол өлшенген заттың таңдалған стандарттан қанша рет тығыз екенін көрсетеді.
Сұйықтар мен қатты заттар үшін стандартты ρ0 4 oC температурадағы тазартылған су үшін осы мәнді таңдаңыз. Дәл осы температурада судың максималды тығыздығы болады, бұл есептеулер үшін қолайлы мән - 1000 кг/м3 немесе 1 кг/л.
Газ жүйелері үшін стандартты ретінде атмосфералық қысым мен 0 температурадағы ауа тығыздығын пайдалану әдетке айналған oC.
Тығыздықтың қысым мен температураға тәуелділігі
Зерттелетін мән белгілі бір дене үшін тұрақты емес,оның температурасын немесе сыртқы қысымын өзгертсеңіз. Дегенмен, сұйықтар мен қатты заттар көптеген жағдайларда сығылмайды, яғни қысым өзгергенде және температура өзгергенде олардың тығыздығы тұрақты болып қалады.
Қысымның әсері келесідей көрінеді: ол жоғарылағанда орташа атомаралық және молекулааралық қашықтық азаяды, бұл көлем бірлігіне заттың моль санын көбейтеді. Сондықтан тығыздық артады. Зерттелетін сипаттамаға қысымның айқын әсері газдар жағдайында байқалады.
Температура қысымға қарама-қарсы әсер етеді. Температураның жоғарылауымен зат бөлшектерінің кинетикалық энергиясы артады, олар белсенді түрде қозғала бастайды, бұл олардың арасындағы орташа қашықтықтардың ұлғаюына әкеледі. Соңғы факт тығыздықтың төмендеуіне әкеледі.
Қайтадан, бұл әсер сұйықтар мен қатты заттарға қарағанда газдар үшін айқынырақ. Бұл ережеден ерекшелік бар - бұл су. 0-4 oС температура диапазонында оның тығыздығы қызған сайын арта түсетіні тәжірибе жүзінде анықталған.
Біртекті және біртекті емес денелер
Жоғарыда жазылған тығыздық формуласы қарастырылатын дене үшін орташа ρ деп аталатын мәнге сәйкес келеді. Егер біз оған кішкене көлемді бөлетін болсақ, онда есептелген ρi бұрынғы мәннен айтарлықтай өзгеше болуы мүмкін. Бұл факт көлем бойынша массаның біркелкі емес таралуының болуымен байланысты. Бұл жағдайда тығыздықρi жергілікті деп аталады.
Заттың біркелкі таралмауы мәселесін қарастыра отырып, бір ойды нақтылау қызық сияқты. Атомдық шкалаға жақын элементар көлемді қарастыра бастағанда, орташа үздіксіздік ұғымы бұзылады, яғни жергілікті тығыздық сипаттамасын пайдаланудың мағынасы жоқ. Атомның барлық дерлік массасы оның ядросында шоғырланатыны белгілі, оның радиусы шамамен 10-13 метр. Ядроның тығыздығы үлкен санмен бағаланады. Бұл 2, 31017 кг/м3.
Тығыздықты өлшеу
Формулаға сәйкес тығыздық массаның көлемге қатынасына тең екені жоғарыда көрсетілді. Бұл факт денені жай таразылау және оның геометриялық параметрлерін өлшеу арқылы көрсетілген сипаттаманы анықтауға мүмкіндік береді.
Егер дененің пішіні өте күрделі болса, онда тығыздықты анықтаудың әмбебап әдісі гидростатикалық таразы болады. Ол Архимед күшін қолдануға негізделген. Әдістің мәні қарапайым. Денені алдымен ауада, сосын суда өлшейді. Белгісіз тығыздықты есептеу үшін салмақ айырмашылығы қолданылады. Ол үшін келесі формуланы пайдаланыңыз:
ρ=ρl P0 / (P0 - P l),
мұнда P0, Pl - ауадағы және сұйықтықтағы дене салмағы. Сәйкесінше, ρl – сұйықтықтың тығыздығы.
Тығыздықты анықтау үшін гидростатикалық таразы әдісін, аңыз бойынша, алғаш рет Сиракуза философы қолданған. Архимед. Ол тәждің физикалық тұтастығын бұзбай, оны жасау үшін тек алтын ғана емес, сонымен қатар басқа да тығыздығы аз металдар қолданылғанын анықтай алды.
