Hustota
Hustota je skalární fyzikální veličina definovaná jako poměr hmotnosti tělesa k objemu , který toto těleso zabírá, nebo jako derivace hmotnosti vzhledem k objemu:
.
Tyto výrazy nejsou ekvivalentní a výběr závisí na tom, která hustota je uvažována. Lišit:
- Průměrná hustota tělesa je poměr hmotnosti tělesa k jeho objemu . V homogenním případě se nazývá jednoduše hustota tělesa (neboli hustota látky, z níž se toto těleso skládá);
- hustota tělesa v bodě je mez poměru hmotnosti malé části tělesa ( ), obsahující tento bod, k objemu této malé části ( ), když objem tíhne k nule [1] , nebo stručně . Vzhledem k tomu, že na atomární úrovni je každé těleso nehomogenní, při přechodu na limitu je nutné zastavit se na objemu odpovídajícím použitému fyzikálnímu modelu .
Pro hmotu bodu je hustota nekonečná. Matematicky to může být definováno buď jako míra , nebo jako derivát Radon - Nikodim s ohledem na nějakou referenční míru.
K označení hustoty se obvykle používá řecké písmeno ( rho ) (původ označení je třeba upřesnit), někdy se používají latinská písmena D ad ( z latinského densitas "hustota"). Na základě definice hustoty je její rozměr kg/m³ v SI a g/cm³ v systému CGS .
Pojem „hustota“ ve fyzice může mít širší výklad. Na ploché (dvourozměrné) a protáhlé (jednorozměrné) objekty se aplikuje povrchová hustota (poměr hmotnosti k ploše ) a lineární hustota (poměr hmotnosti k délce). Navíc vypovídají nejen o hustotě hmoty, ale i o hustotě dalších veličin, jako je energie, elektrický náboj. V takových případech se k pojmu "hustota" přidávají upřesňující slova, řekněme " hustota lineárního náboje ". "Výchozí" hustota znamená výše uvedenou (trojrozměrnou, kg/m³) hmotnostní hustotu.
Vzorec hustoty
Hustotu (hustotu homogenního tělesa nebo průměrnou hustotu nehomogenního tělesa) zjistíme podle vzorce:
kde M je hmotnost tělesa, V je jeho objem; vzorec je jednoduše matematickým vyjádřením výše uvedené definice termínu "hustota".
Při výpočtu hustoty plynů za standardních podmínek lze tento vzorec zapsat také jako:
kde je molární hmotnost plynu, je molární objem (za standardních podmínek přibližně rovný 22,4 l/mol).
Hustota tělesa v bodě se zapisuje jako
pak se hmotnost nehomogenního tělesa (tělesa s hustotou závislou na souřadnicích) vypočítá jako
Případ volných a porézních těles
U sypkých a porézních těles se rozlišuje
- 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.
Hustota versus teplota
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 jak s nárůstem, tak s poklesem teploty vzhledem k této hodnotě.
Při změně stavu agregace se prudce mění hustota látky: hustota se zvyšuje při přechodu z plynného skupenství do kapalného skupenství a při tuhnutí kapaliny. Výjimkou z tohoto pravidla jsou voda , křemík , vizmut a některé další látky, protože jejich hustota se s tuhnutím snižuje.
Rozsah hustoty v přírodě
U různých přírodních objektů se hustota pohybuje ve velmi širokém rozmezí.
- Mezigalaktické prostředí má nejnižší hustotu (2·10 −31 -5·10 −31 kg/m³, vyjma temné hmoty ) [2] .
- Hustota mezihvězdného prostředí je přibližně rovna 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 asi 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 dechem, až do 1010-1070 kg/m³ s plným výdechem.
- Hustota sladké vody při 4 °C 1000 kg/m³.
- Průměrná hustota Slunce ve fotosféře je asi 1410 kg/m³, což je asi 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 kg/m³.
- Nejhustšími látkami za standardních podmínek jsou kovy skupiny platiny šesté periody ( osmium , iridium , platina ) a také rhenium . Mají hustotu 21000-22700 kg/m³.
- Hustota atomových jader je přibližně 2,10 17 kg/m³.
- Teoreticky horní hranice hustoty podle modern[ kdy? ] k fyzikálním vyjádřením je to Planckova hustota 5,1⋅10 96 kg/m³.
Hustoty astronomických objektů
Průměrná hustota nebeských těles ve sluneční
soustavě (v g/cm³)
[3] [4] [5]
- Průměrné hustoty nebeských těles ve Sluneční soustavě viz příloha.
- Meziplanetární prostředí ve sluneční soustavě je značně heterogenní a může se v čase měnit, 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 nižší kvůli skutečnosti, že jejich poloměr je stokrát větší než poloměr Slunce.
- 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:
Průměrná hustota klesá nepřímo úměrně druhé mocnině hmoty černé díry (ρ~M −2 ). Pokud má tedy černá díra o
hmotnosti řádu Slunce hustotu asi 10 19 kg / m³, převyšující hustotu jádra (2 × 10 17 kg / m³), pak supermasivní černá díra o hmotnosti o 10 9 hmotnostech Slunce (existence takových černých děr se předpokládá v
kvasarech ) má průměrnou hustotu asi 20 kg/m³, což je výrazně méně než hustota vody (1000 kg/m³).
Hustoty některých plynů
Hustota plynů , kg/m³ při NU .
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
|
Vzduch |
1,293 |
Radon |
9,81
|
Hexafluorid wolframu |
12.9 |
Oxid uhličitý |
1,977
|
Hélium |
0,178 |
Chlór |
3,164
|
Ditian |
2.38 |
Ethylen |
1,260
|
Pro výpočet hustoty libovolného ideálního plynu za libovolných podmínek můžete použít vzorec odvozený ze stavové rovnice ideálního plynu : [6]
,
kde:
Hustoty některých kapalin
Hustota některých druhů dřeva
Hustota dřeva , g/cm³
Balsa |
0,15 |
sibiřská jedle |
0,39
|
Sequoia evergreen |
0,41 |
Smrk |
0,45
|
Vrba |
0,46 |
Olše |
0,49
|
Osika |
0,51 |
Borovice |
0,52
|
Lípa |
0,53 |
Kaštan |
0,56
|
Jedlý kaštan |
0,59 |
Cypřiš |
0,60
|
ptačí třešeň |
0,61 |
Líska |
0,63
|
Vlašský ořech |
0,64 |
Bříza |
0,65
|
Třešeň |
0,66 |
Jilm hladký |
0,66
|
Modřín |
0,66 |
javor polní |
0,67
|
Teak |
0,67 |
Buk |
0,68
|
Hruška |
0,69 |
Dub |
0,69
|
Svitenii ( mahagon ) |
0,70 |
Klen |
0,70
|
Joster ( řešetlák ) |
0,71 |
Tis |
0,75
|
Popel |
0,75 |
Švestka |
0,80
|
Šeřík |
0,80 |
Hloh |
0,80
|
Pekanový ořech (carya) |
0,83 |
Santalové dřevo |
0,90
|
zimostráz |
0,96 |
Eben |
1.08
|
Quebracho |
1.21 |
Lignum vitae |
1.28
|
Korek |
0,20 |
|
Hustota některých kovů
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.
Měření hustoty
Pro měření hustoty se používají:
Osteodenzitometrie je postup pro měření hustoty lidské kostní tkáně.
Viz také
- Seznam chemických prvků s jejich hustotou
- Specifická gravitace
- Specifická gravitace
- Relativní hustota
- Objemová hmotnost
- Kondenzace
- Konzistence ( lat. confistere - sestávat) - skupenství látky, stupeň měkkosti nebo hustoty ( tvrdost ) něčeho - polotuhé-poloměkké látky (oleje, mýdla, barvy, malty apod.); například glycerin má sirupovitou konzistenci.
- Konzistometr - zařízení pro měření konzistence různých koloidních a rosolovitých látek, ale i suspenzí a hrubě dispergovaných médií v libovolných fyzikálních jednotkách, např. pasty , mazání , gely , krémy , masti .
- Koncentrace částic
- Koncentrace roztoku
- hustota náboje
- Rovnice kontinuity
Poznámky
- ↑ Rozumí se také, že plocha se zmenšuje do bodu, to znamená, že nejen její objem má tendenci k nule (což by se mohlo stát nejen, když se plocha smršťuje do bodu, ale například do segmentu), ale také její průměr má tendenci k nule (maximální lineární rozměr).
- ↑ Agekyan T. A. . Rozpínání vesmíru. Model vesmíru // Hvězdy, galaxie, metagalaxie. 3. vyd. / Ed. A. B. Vasil'eva. — M .: Nauka , 1982. — 416 s. - S. 249.
- ↑ Planetární informační list archivován 14. března 2016. (Angličtina)
- ↑ Sun Fact Sheet Archived 15. července 2010 na Wayback Machine
- ↑ Stern, SA, a kol. Systém Pluto: Počáteční výsledky z jeho průzkumu New Horizons (anglicky) // Science : journal. - 2015. - Sv. 350 , č. 6258 . - str. 249-352 . - doi : 10.1126/science.aad1815 .
- ↑ MECHANIKA. MOLEKULÁRNÍ FYZIKA. Učební pomůcka k laboratorní práci č. 1-51, 1-61, 1-71, 1-72 . St. Petersburg State Technology University of Plant Polymers (2014). Staženo 4. ledna 2019. Archivováno z originálu 23. listopadu 2018. (neurčitý)
- ↑ Krebs, 2006 , str. 158.
- ↑ Krebs, 2006 , str. 136.
- ↑ Krebs, 2006 , str. 96.
- ↑ Krebs, 2006 , str. 160.
- ↑ Krebs, 2006 , str. 138.
- ↑ Krebs, 2006 , str. 198.
- ↑ Krebs, 2006 , str. 319.
- ↑ 12 Krebs , 2006 , s. 165.
- ↑ Krebs, 2006 , str. 179.
- ↑ Krebs, 2006 , str. 163.
- ↑ Krebs, 2006 , str. 141.
- ↑ Krebs, 2006 , str. 67.
- ↑ Krebs, 2006 , str. 108.
- ↑ Krebs, 2006 , str. 57.
- ↑ Krebs, 2006 , str. 313.
- ↑ Krebs, 2006 , str. 105.
- ↑ Krebs, 2006 , str. padesáti.
- ↑ Krebs, 2006 , str. 151.
- ↑ Krebs, 2006 , str. 111.
- ↑ Krebs, 2006 , str. 60.
- ↑ Krebs, 2006 , str. 168.
- ↑ Krebs, 2006 , str. 101.
- ↑ Krebs, 2006 , str. 54.
- ↑ Krebs, 2006 , str. 134.
- ↑ Krebs, 2006 , str. 98.
- ↑ Krebs, 2006 , str. 47.
Literatura
Odkazy
Slovníky a encyklopedie |
|
---|
V bibliografických katalozích |
|
---|