Forskellen mellem densitet og specifik tyngdekraft

Massefylde og massefylde er to egenskaber ved stof, der er tæt beslægtede med hinanden; De er dog ikke ens. Begge er intensive egenskaber relateret på den ene eller anden måde til massen og volumen af ​​stoffer, og begge kan bruges til at forudsige forskellige legemers opdrift i forskellige væsker, men de har også forskelle, der gør brugen af ​​den ene mere praktisk end den anden den anden i visse situationer.

Dernæst vil vi se, hvad tæthed og vægtfylde er, og vi vil se de mest relevante egenskaber, der adskiller den ene fra den anden.

Hvad er tæthed?

Massefylden af ​​et materiale er dets masse pr . volumenenhed. Det er en intensiv egenskab, der er karakteristisk for hvert materiale. På mange vidensområder er tæthed repræsenteret ved bogstavet d ; i nogle naturvidenskaber såsom fysik og kemi, såvel som i det meste ingeniørvidenskab, er det dog repræsenteret af symbolet ρ (det græske små bogstav rho ).

Densiteten beregnes ved hjælp af følgende formel:

hvor ρ er massefylden, m er massen, og V er volumenet af materialet eller objektet.

Tæthedsenheder

Enhederne for tætheden er [m]/[V] eller, hvad der er det samme, [m]/[L] ³ . Nogle eksempler på tæthedsenheder i forskellige enhedssystemer er:

skala type

Densitet er en egenskab, der måles på en absolut skala. Det vil sige, at dens værdi går fra 0 og frem, uanset hvilke enheder der bruges, og dens værdi afhænger kun af det pågældende materiale, ikke af noget andet materiale eller referencesystem.

Afhængighed af tæthed med temperatur

Massen af ​​en krop er uafhængig af temperatur, men dens volumen er ikke. De fleste materialer udvider sig med en stigning i temperaturen. Når dette sker, falder tætheden, som divideres med volumen.

Der er dog eksempler på stoffer, der trækker sig sammen med temperaturen. Sådan er det med vand. Generelt falder vandtætheden med stigende temperatur og stiger med faldende temperatur. Men ved at afkøle vandet, lige før frysepunktet, falder massefylden i stedet for at stige. Dette forklarer, hvorfor is, som flyder oven på vand, er mindre tæt end vand.

Mål instrument

Væskernes massefylde bestemmes ved hjælp af et instrument kaldet et pyknometer og med en analytisk balance. Pyknometeret gør det muligt at måle volumener med en meget høj grad af nøjagtighed, mens forskellen mellem den fulde og den tomme masse bestemt ved brug af en analytisk vægt gør, at massen kan måles med lige stor præcision og nøjagtighed.

Densitet Anvendelser

Densitet bruges til forskellige typer beregninger. På den ene side giver det mulighed for at bestemme volumener eller masser af ethvert stof, givet at vi kender henholdsvis massen eller volumen.

Det er nyttigt til at identificere eller differentiere forskellige materialer. Da det er en karakteristisk egenskab ved stof, har hvert materiale en bestemt tæthed ved en given temperatur.

Det er af stor betydning i fluidmekanik, da forskellen mellem tæthederne af en genstand og den af ​​en væske bestemmer opdriften af ​​førstnævnte i sidstnævnte.

Hvad er vægtfylde?

Vægtfylde , også kaldet relativ massefylde, er forholdet mellem massefylden af ​​et stof eller et materiale og massefylden af ​​et andet referencemateriale under de samme eksperimentelle betingelser for temperatur og tryk . Det er ofte repræsenteret ved symbolet SG (specifik vægtfylde ) og er ligesom massefylde en karakteristisk mængde af et materiale ved en given temperatur.

Den relative massefylde eller vægtfylde beregnes forskelligt alt efter om det er kondenseret stof (faste eller flydende) eller gasser. I begge tilfælde betyder en vægtfylde mindre end 1, at stoffet vil flyde over referencestoffet, mens en vægtfylde større end én indikerer, at det vil synke.

Vægtfylde af faste stoffer eller væsker

Når det pågældende materiale er et fast stof eller en væske, tages densiteten af ​​flydende vand som reference, generelt ved den temperatur, hvor dens massefylde er maksimal, hvilket svarer til 4°C. Ved denne temperatur er densiteten af ​​vand 1.000 kg/m ³ . I dette tilfælde er vægtfylden givet ved følgende udtryk:

Gass specifik vægtfylde

På den anden side, når materialet, hvis relative massefylde måles eller bestemmes, er en gas, er referencematerialet ikke vand, men luft ved de samme givne temperatur- og trykforhold. Med andre ord, i dette tilfælde er vægtfylden givet af:

Specifik tyngdekraftenheder

Den vigtigste egenskab ved specifik vægtfylde sammenlignet med massefylde er det faktum, at da den er en mængde opnået ved at dividere to densiteter, har densitet ingen enheder. Det er med andre ord en dimensionsløs størrelse. Det betyder, at det er et rent tal, hvis værdi altid vil være den samme for et givet stof ved en given temperatur og tryk, uanset hvilket enhedssystem der blev brugt til at udtrykke de oprindelige tætheder.

Med andre ord giver relativ tæthed en måleskala for tæthed, der er uafhængig af det system af enheder, hvori alle andre beregninger arbejdes. Dette gør det særligt nyttigt til kommunikation mellem teams af ingeniører, der har tendens til at bruge ikke-SI-systemer af enheder, med videnskabsmænd eller specialister inden for andre områder, der har tendens til at bruge enten det metriske eller SI-system.

skala type

Da det er forholdet mellem densiteten af ​​et stof og densiteten af ​​et referencestof, svarer densitet til en relativ mængde og ikke en absolut. Med andre ord, ved at sige, at kviksølvs vægtfylde for eksempel er 13,59, siger vi i virkeligheden, at dens massefylde er 13,59 gange større end densiteten af ​​vand. Bemærk, at det er en tæthed i forhold til tætheden af ​​vand, så uden at kende sidstnævnte kan vi ikke kende den reelle tæthed af kviksølv.

Referencedensitetsværdier

Som det ses, afhænger vægtfyldeberegningen af ​​referencematerialets densitet, og dette afhænger igen af ​​de temperatur- og trykforhold, hvorved vægtfylden måles eller beregnes. Når det drejer sig om faste stoffer og væsker, antages det, når en specifik temperatur ikke er angivet, at nævnte SG er fastsat ud fra tætheden af ​​vand ved 4°C. For gasser, hvis temperatur- og trykbetingelserne ikke er specificeret, antages massefylden under normale temperatur- og trykforhold, eller NTP, svarende til en temperatur på 20 °C og et tryk på 1 atm. i dette tilfælde har luft (tør) en densitet på 1,204 kg/m ³ .

Følgende tabel viser disse referenceværdier i forskellige enheder:

Afhængighed af vægtfylde med temperatur

Da den er en funktion af to tætheder, som varierer med temperaturen, varierer den relative massefylde eller densitet også som en funktion af egenskaben.

Generelt er variationen dog mindre end variationen af ​​den absolutte tæthed. Det skyldes, som nævnt ovenfor, at densiteten af ​​de fleste stoffer falder med stigende temperatur, og dette inkluderer vand til de fleste temperaturer, der ikke er mellem 0 og 8 °C. Når temperaturen derefter stiger, falder både densiteten af ​​det pågældende materiale og referencematerialets. Det betyder, at ændringen i tælleren delvist udligner ændringen i nævneren, hvilket mindsker temperaturens indvirkning på vægtfylden.

Mål instrument

Vægtfylde måles eksperimentelt ved hjælp af et instrument kaldet et hydrometer. Denne består af en tung pære forsynet med en stilk, som har en skala kalibreret efter referencestoffet, i de fleste tilfælde vand. Når pæren placeres i en væske, vil den synke, indtil flydekraften modvirker vægten af ​​hydrometeret. Aflæsningen foretages på skalaen på det punkt, der rager ud fra væskens overflade.

Specifik vægtfylde Anvendelser

En umiddelbar nytte af vægtfylden er, at dens værdi umiddelbart indikerer, om materialet vil flyde i vand eller i luften, afhængigt af om det er henholdsvis fast og flydende eller gasser. I begge tilfælde, hvis den relative densitet er mindre end enhed, vil materialet være mindre tæt og vil flyde, og omvendt.

En anden meget almindelig anvendelse af SG er dets forhold til koncentrationen af ​​opløsninger. Afhængigt af interaktionerne mellem opløst stof og opløsningsmiddel kan densiteten af ​​en opløsning være forskellig fra den for rent vand, og generelt varierer denne densitet som en funktion af koncentrationen. Målingen af ​​SG ved hjælp af et hydrometer gør det således muligt at bestemme koncentrationen af ​​forskellige opløsninger.

Nogle eksempler på brugen af ​​SG til dette formål er:

• Brændstofvurdering.
• Bestemmelse af alkoholindholdet under gæringen af ​​most til fremstilling af øl, vin og andre alkoholholdige drikkevarer.
• Evalueringen af ​​koncentrationen af ​​svovlsyre i bly/svovlsyre-batterier eller -akkumulatorer, der almindeligvis anvendes i benzindrevne biler mv.

Sådan bestemmes massefylde ud fra specifik tyngdekraft

Vægtfylde kan let konverteres til absolut massefylde ved blot at gange førstnævnte med massefylden af ​​referencestoffet i de nødvendige enheder:

Eller i tilfælde af gasser:

I begge tilfælde er meget nøjagtige tæthedstabeller normalt tilgængelige ved en lang række tryk- og temperaturværdier.

Sammenfatning af forskelle mellem massefylde og specifik tyngdekraft

Følgende tabel opsummerer de vigtigste forskelle mellem massefylde og vægtfylde:

Referencer

tæthed vs. Specifik vægt og vægtfylde . (nd). Engineering Toolbox. https://www.engineeringtoolbox.com/density-specific-weight-gravity-d_290.html

Forskellen mellem densitet og specifik tyngdekraft . (2019, 5. juni). Differential. https://diferenciario.com/densidad-y-gravedad-especifica/

Forskellen mellem densitet og specifik tyngdekraft . (2021, 22. marts). BYJUS. https://byjus.com/physics/difference-between-density-and-specific-gravity/

Giner, S. (2020, 18. august). Hydrometer eller hydrometer . 2D2Dfoam. https://www.2d2dspuma.com/blog/que-es/hidrometro/

Libretekster. (2020, 13. august). 1.14: Massefylde og vægtfylde . Kemi LibreTexts. https://chem.libretexts.org/Courses/Saint_Francis_University/CHEM_113%3A_Human_Chemistry_I_(Muino)/01%3A_Matter_and_Measurements/1.14%3A_Density_and_Specific_Gravity

Nationalt Fysisk Laboratorium. (2021). Hvad er forskellen mellem massefylde og vægtfylde? NPL hjemmeside. https://www.npl.co.uk/resources/qa/density-specific-gravity-differences