Hustota

Hustota
Dimenze L -3 M
Jednotky
SI kg/m³
GHS g/cm³
Poznámky
skalární

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:

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 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.

Hustoty astronomických objektů

Průměrná hustota nebeských těles ve sluneční
soustavě (v g/cm³) [3] [4] [5] 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 kapalin , kg/m³
Benzín 710 Mléko 1040
Voda (4°C) 1000 Rtuť (0 °C) 13600
Petrolej 820 diethylether 714
Glycerol 1260 ethanol 789
Mořská voda 1030 Terpentýn 860
Olivový olej 920 Aceton 792
Motorový olej 910 Kyselina sírová 1835
Olej 550-1050 kapalný vodík (-253 °C) 70

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.

Hustota kovů , kg/m³
Osmium 22610 [7] Rhodium 12410 [8] Chrom 7190 [9]
Iridium 22560 [10] palladium 12020 [11] Germanium 5320 [12]
Plutonium 19840 [13] Vést 11350 [14] Hliník 2700 [15]
Platina 19590 [16] stříbrný 10500 [17] Beryllium 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] Žehlička 7870 [28] Draslík 860 [29]
Ruthenium 12450 [30] Mangan 7440 [31] Lithium 530 [32]

Měření hustoty

Pro měření hustoty se používají:

Osteodenzitometrie je postup pro měření hustoty lidské kostní tkáně.

Viz také

Poznámky

  1. 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).
  2. Agekyan T. A. . Rozpínání vesmíru. Model vesmíru // Hvězdy, galaxie, metagalaxie. 3. vyd. / Ed. A. B. Vasil'eva. — M .: Nauka , 1982. — 416 s.  - S. 249.
  3. Planetární informační list archivován 14. března 2016.  (Angličtina)
  4. Sun Fact Sheet Archived 15. července 2010 na Wayback Machine 
  5. 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 .
  6. 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.
  7. Krebs, 2006 , str. 158.
  8. Krebs, 2006 , str. 136.
  9. Krebs, 2006 , str. 96.
  10. Krebs, 2006 , str. 160.
  11. Krebs, 2006 , str. 138.
  12. Krebs, 2006 , str. 198.
  13. Krebs, 2006 , str. 319.
  14. 12 Krebs , 2006 , s. 165.
  15. Krebs, 2006 , str. 179.
  16. Krebs, 2006 , str. 163.
  17. Krebs, 2006 , str. 141.
  18. Krebs, 2006 , str. 67.
  19. Krebs, 2006 , str. 108.
  20. Krebs, 2006 , str. 57.
  21. Krebs, 2006 , str. 313.
  22. Krebs, 2006 , str. 105.
  23. Krebs, 2006 , str. padesáti.
  24. Krebs, 2006 , str. 151.
  25. Krebs, 2006 , str. 111.
  26. Krebs, 2006 , str. 60.
  27. Krebs, 2006 , str. 168.
  28. Krebs, 2006 , str. 101.
  29. Krebs, 2006 , str. 54.
  30. Krebs, 2006 , str. 134.
  31. Krebs, 2006 , str. 98.
  32. Krebs, 2006 , str. 47.

Literatura

Odkazy