Ero tiheyden ja ominaispainon välillä

Artículo revisado y aprobado por nuestro equipo editorial, siguiendo los criterios de redacción y edición de YuBrain.


Tiheys ja ominaispaino ovat kaksi aineen ominaisuutta, jotka liittyvät läheisesti toisiinsa; Ne eivät kuitenkaan ole samoja. Molemmat ovat intensiivisiä ominaisuuksia, jotka liittyvät tavalla tai toisella aineiden massaan ja tilavuuteen, ja molemmilla voidaan ennustaa eri kappaleiden kelluvuutta eri nesteissä, mutta niissä on myös eroja, jotka tekevät toisen käytöstä käytännöllisemmän kuin toisen . toinen tietyissä tilanteissa.

Seuraavaksi näemme, mitä tiheys ja ominaispaino ovat, ja näemme tärkeimmät ominaisuudet, jotka erottavat toisen toisistaan.

Mikä on tiheys?

Materiaalin tiheys on sen massa tilavuusyksikköä kohti . Se on intensiivinen ominaisuus jokaiselle materiaalille. Monilla tiedon aloilla tiheyttä edustaa kirjain d ; kuitenkin joissakin luonnontieteissä, kuten fysiikassa ja kemiassa, sekä useimmissa tekniikassa sitä edustaa symboli ρ (pieni kreikkalainen kirjain rho ).

Tiheys lasketaan seuraavan kaavan avulla:

tiheysyhtälö

missä ρ on tiheys, m on massa ja V on materiaalin tai esineen tilavuus.

Tiheysyksiköt

Tiheyden yksiköt ovat [m]/[V] tai, mikä on sama, [m]/[L] 3 . Joitakin esimerkkejä tiheysyksiköistä eri yksikköjärjestelmissä ovat:

Yksikköjärjestelmä tiheysyksiköitä
Kansainvälinen järjestelmä (SI) kg/ m3
MKS järjestelmä kg/ m3
cgs-järjestelmä g/cm3 ug /ml
Yhdysvaltain keisarillinen järjestelmä lbm / ft3 _
brittiläinen gravitaatiojärjestelmä etana/ft 3
kaasun tiheys g/l

mittakaavatyyppi

Tiheys on ominaisuus, joka mitataan absoluuttisella asteikolla. Toisin sanoen sen arvo nousee 0:sta eteenpäin riippumatta käytetyistä yksiköistä, ja sen arvo riippuu vain kyseessä olevasta materiaalista, ei mistään muusta materiaalista tai vertailujärjestelmästä.

Tiheyden riippuvuus lämpötilasta

Kappaleen massa on riippumaton lämpötilasta, mutta sen tilavuus ei. Useimmat materiaalit laajenevat lämpötilan noustessa. Kun näin tapahtuu, tiheys, joka jaetaan tilavuudella, pienenee.

On kuitenkin esimerkkejä aineista, jotka kutistuvat lämpötilan mukaan. Näin on veden kanssa. Yleensä veden tiheys pienenee lämpötilan noustessa ja kasvaa lämpötilan laskiessa. Kuitenkin jäähdyttämällä vettä juuri ennen jäätymispistettä tiheys pienenee sen sijaan, että se kasvaisi. Tämä selittää, miksi veden päällä kelluva jää on vähemmän tiheää kuin vesi.

Mittalaite

Nesteiden tiheys määritetään pyknometriksi kutsutulla instrumentilla ja analyyttisellä vaa’alla. Pyknometri mahdollistaa tilavuuksien mittaamisen erittäin suurella tarkkuudella, kun taas analyyttisen vaa’an avulla määritetyn täyden ja tyhjän massan välinen ero mahdollistaa massan mittaamisen yhtä tarkasti ja tarkasti.

Tiheyskäytöt

Tiheyttä käytetään erilaisiin laskelmiin. Toisaalta se mahdollistaa minkä tahansa aineen tilavuuksien tai massojen määrittämisen, koska tiedämme vastaavasti massan tai tilavuuden.

Se on hyödyllinen erilaisten materiaalien tunnistamisessa tai erottamisessa. Aineen ominaisuutena jokaisella materiaalilla on tietty tiheys tietyssä lämpötilassa.

Sillä on suuri merkitys nestemekaniikassa, koska kohteen ja nesteen tiheyden välinen ero määrää edellisen kelluvuuden jälkimmäisessä.

Mikä on ominaispaino?

Ominaispaino , jota kutsutaan myös suhteelliseksi tiheydeksi, on aineen tai materiaalin tiheyden ja toisen vertailumateriaalin tiheyden välinen suhde samoissa lämpötilan ja paineen koeolosuhteissa . Sitä edustaa usein symboli SG (ominaispaino ) , ja se on tiheyden tapaan materiaalin ominaismäärä tietyssä lämpötilassa.

Suhteellinen tiheys tai ominaispaino lasketaan eri tavalla sen mukaan, onko kyseessä kondensoitunut aine (kiintoaine tai neste) vai kaasu. Kummassakin tapauksessa ominaispaino pienempi kuin 1 tarkoittaa, että aine kelluu vertailuaineen yläpuolella, kun taas ominaispaino suurempi kuin yksi tarkoittaa, että se uppoaa.

Kiinteiden aineiden tai nesteiden ominaispaino

Kun kyseessä oleva materiaali on kiinteä tai nestemäinen, nestemäisen veden tiheys otetaan vertailukohtana, yleensä lämpötilassa, jossa sen tiheys on suurin, mikä vastaa 4°C. Tässä lämpötilassa veden tiheys on 1000 kg/m 3 . Tässä tapauksessa ominaispaino saadaan seuraavalla lausekkeella:

Nesteen tai kiinteän aineen ominaispainon yhtälö

Kaasun ominaispaino

Toisaalta, kun materiaali, jonka suhteellinen tiheys mitataan tai määritetään, on kaasu, vertailumateriaali ei ole vesi vaan ilma samoissa lämpötila- ja paineolosuhteissa. Toisin sanoen tässä tapauksessa ominaispaino saadaan seuraavasti:

Kaasun ominaispainoyhtälö

Ominaispainoyksiköt

Ominaispainon tärkein ominaisuus tiheyteen verrattuna on se, että ominaispainolla ei ole yksikköä, koska se on määrä, joka saadaan jakamalla kaksi tiheyttä. Toisin sanoen, se on mittaamaton suure. Tämä tarkoittaa, että se on puhdas luku, jonka arvo on aina sama tietylle aineelle tietyssä lämpötilassa ja paineessa riippumatta siitä, mitä yksikköjärjestelmää käytettiin alkuperäisten tiheyksien ilmaisemiseen.

Toisin sanoen suhteellinen tiheys tarjoaa tiheyden mitta-asteikon, joka on riippumaton yksikköjärjestelmästä, jossa kaikkia muita laskelmia tehdään. Tämä tekee siitä erityisen hyödyllisen kommunikoinnissa sellaisten insinööriryhmien välillä, jotka yleensä käyttävät muita kuin SI-yksikköjärjestelmiä, sekä muiden alojen tutkijoiden tai asiantuntijoiden kanssa, jotka käyttävät joko metri- tai SI-järjestelmää.

mittakaavatyyppi

Koska se on aineen tiheyden ja vertailuaineen tiheyden välinen suhde, ominaispaino vastaa suhteellista määrää eikä absoluuttista. Toisin sanoen sanomalla, että esimerkiksi elohopean ominaispaino on 13,59, tarkoitamme todella, että sen tiheys on 13,59 kertaa suurempi kuin veden tiheys. Huomaa, että se on tiheys suhteessa veden tiheyteen, joten tietämättä viimeksi mainittua emme voi tietää elohopean todellista tiheyttä.

Referenssitiheysarvot

Kuten voidaan nähdä, ominaispainon laskenta riippuu vertailumateriaalin tiheydestä, ja tämä puolestaan ​​riippuu lämpötila- ja paineolosuhteista, joissa ominaispaino mitataan tai lasketaan. Kiinteiden aineiden ja nesteiden tapauksessa aina kun tiettyä lämpötilaa ei ole ilmoitettu, oletetaan, että mainittu SG on määritetty perustuen veden tiheyteen 4 °C:ssa. Kaasujen tapauksessa, jos lämpötila- ja paineolosuhteita ei ole määritelty, tiheydeksi oletetaan normaaleissa lämpötila- ja paineolosuhteissa tai NTP, joka vastaa lämpötilaa 20 °C ja painetta 1 atm, jolloin tässä tapauksessa ilman (kuiva) tiheys on 1,204 kg/ m3 .

Seuraavassa taulukossa on nämä viitearvot eri yksiköissä:

Yksikköjärjestelmä Veden tiheys 4 °C:ssa ilman tiheys
Kansainvälinen järjestelmä (SI) 1000kg/ m3 1 204 kg/ m3
cgs-järjestelmä 1000 g/ cm3 1,204 x 10 -3 g/ cm3
brittiläinen gravitaatiojärjestelmä 1 940 etana / ft3 2,336 x 10 -3 etanaa/ 3 jalkaa
Yhdysvaltain keisarillinen järjestelmä 62 428 lb / ft3 0,07516 lb / ft3

Ominaispainon riippuvuus lämpötilasta

Kahden tiheyden funktiona, jotka vaihtelevat lämpötilan mukaan, myös suhteellinen tiheys tai ominaispaino vaihtelee mainitun ominaisuuden funktiona.

Yleensä vaihtelu on kuitenkin pienempi kuin absoluuttisen tiheyden vaihtelu. Tämä johtuu siitä, kuten edellä mainittiin, useimpien aineiden tiheys pienenee lämpötilan noustessa, ja tämä sisältää veden useimmissa lämpötiloissa, jotka eivät ole välillä 0–8 °C. Sitten lämpötilan noustessa sekä kyseisen materiaalin että vertailumateriaalin tiheys pienenee. Tämä tarkoittaa, että osoittajan muutos kompensoi osittain nimittäjän muutoksen, mikä vähentää lämpötilan vaikutusta ominaispainoon.

Mittalaite

Ominaispaino mitataan kokeellisesti käyttämällä laitetta, jota kutsutaan hydrometriksi. Tämä koostuu raskaasta sipulista, jossa on varsi, jonka asteikko on kalibroitu vertailuaineen, useimmiten veden, mukaan. Kun lamppu asetetaan nesteeseen, se uppoaa, kunnes kelluva voima vastustaa hydrometrin painoa. Lukeminen tehdään asteikolla kohdasta, joka työntyy esiin nesteen pinnasta.

Ominaispainon käyttö

Ominaispainon välitön hyödyllisyys on, että sen arvo ilmaisee välittömästi, kelluuko materiaali vedessä vai ilmassa, riippuen siitä onko se kiinteää ja nestemäistä vai kaasua, vastaavasti. Kummassakin tapauksessa, jos suhteellinen tiheys on pienempi kuin yksikkö, materiaali on vähemmän tiheää ja kelluu, ja päinvastoin.

Toinen hyvin yleinen SG:n sovellus on sen suhde liuospitoisuuteen. Liuenneen aineen ja liuottimen välisistä vuorovaikutuksista riippuen liuoksen tiheys voi olla erilainen kuin puhtaan veden tiheys, ja yleensä tämä tiheys vaihtelee pitoisuuden funktiona. Siten SG:n mittaus hydrometrillä mahdollistaa eri liuosten pitoisuuksien määrittämisen.

Joitakin esimerkkejä SG:n käytöstä tähän tarkoitukseen ovat:

  • Polttoaineen arviointi.
  • Alkoholipitoisuuden määritys oluiden, viinien ja muiden alkoholijuomien valmistukseen tarkoitetun rypälemehun käymisen aikana .
  • Rikkihapon pitoisuuden arviointi lyijy-/rikkihappoparistoissa tai -akuissa, joita käytetään yleisesti bensiinikäyttöisissä autoissa jne.

Kuinka määrittää tiheys ominaispainosta

Ominaispaino voidaan helposti muuntaa absoluuttiseksi tiheydeksi yksinkertaisesti kertomalla edellinen vertailuaineen tiheydellä vaadituissa yksiköissä:

Ero tiheyden ja ominaispainon välillä

Tai kaasujen tapauksessa:

Ero tiheyden ja ominaispainon välillä

Kummassakin tapauksessa erittäin tarkkoja tiheystaulukoita on yleensä saatavana useilla paine- ja lämpötila-arvoilla.

Yhteenveto tiheyden ja ominaispainon välisistä eroista

Seuraavassa taulukossa on yhteenveto tärkeimmistä eroista tiheyden ja ominaispainon välillä:

Kriteeri Tiheys tietty painovoima
Määritelmä: Massa aineen tilavuusyksikköä kohti. Aineen tiheys suhteessa vertailuaineeseen.
Symboli: ρ (joskus C D:tä käytetään) SG
Kaava: ρ = m/V SG = ρ / ρ referenssi
yksiköitä [m]/[L] 3 (kg/m 3 , g/cm 3 , lb/ft 3 jne.) Sillä ei ole yksiköitä. on mittaamaton
Asteikkotyyppi: ehdoton suhteellinen
Vaihtelu lämpötilan mukaan: Huomattavaa Pieni
Mittalaite: Pyknometri Hydrometri

Viitteet

tiheys vs. Ominaispaino ja ominaispaino . (nd). Engineering Toolbox. https://www.engineeringtoolbox.com/density-specific-weight-gravity-d_290.html

Ero tiheyden ja ominaispainon välillä . (2019, 5. kesäkuuta). Ero. https://diferenciario.com/densidad-y-gravedad-especifica/

Ero tiheyden ja ominaispainon välillä . (2021, 22. maaliskuuta). BYJUS. https://byjus.com/physics/difference-between-density-and-specific-gravity/

Giner, S. (2020, 18. elokuuta). Hydrometri tai hydrometri . 2D2Dvaahto. https://www.2d2dspuma.com/blog/que-es/hidrometro/

Libretekstit. (2020, 13. elokuuta). 1.14: Tiheys ja ominaispaino . Kemia 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

Kansallinen fysikaalinen laboratorio. (2021). Mitä eroa on tiheydellä ja ominaispainolla? NPL:n verkkosivusto. https://www.npl.co.uk/resources/qa/density-specific-gravity-differences

-Mainos-

Israel Parada (Licentiate,Professor ULA)
Israel Parada (Licentiate,Professor ULA)
(Licenciado en Química) - AUTOR. Profesor universitario de Química. Divulgador científico.

Artículos relacionados

mikä on booraksi