Tabla de Contenidos
A sűrűség és a fajsúly az anyag két olyan tulajdonsága, amelyek szorosan összefüggenek egymással; Ezek azonban nem ugyanazok. Mindkettő intenzív tulajdonság, amely így vagy úgy kapcsolódik az anyagok tömegéhez és térfogatához, és mindkettő felhasználható a különböző testek felhajtóerejének előrejelzésére a különböző folyadékokban, de vannak különbségek is, amelyek praktikusabbá teszik az egyik használatát, mint a másikat. a másik bizonyos helyzetekben.
Ezután meglátjuk, mi a sűrűség és a fajsúly, és látni fogjuk a legfontosabb jellemzőket, amelyek megkülönböztetik az egyiket a másiktól.
Mi a sűrűség?
Egy anyag sűrűsége az egységnyi térfogatú tömege. Ez minden anyagra jellemző intenzív tulajdonság . Sok tudásterületen a sűrűséget a d betű jelöli ; azonban egyes természettudományokban, például a fizikában és a kémiában, valamint a legtöbb mérnöki tudományban a ρ szimbólum (a kis görög rho betű ) jelöli .
A sűrűséget a következő képlet segítségével számítjuk ki:
ahol ρ a sűrűség, m a tömeg, V pedig az anyag vagy tárgy térfogata.
Sűrűség mértékegységei
A sűrűség mértékegységei [m]/[V] vagy, ami megegyezik, [m]/[L] 3 . Néhány példa a sűrűség mértékegységeire a különböző mértékegységrendszerekben:
Egységrendszer | sűrűségegységek |
Nemzetközi rendszer (SI) | kg/ m3 |
MKS rendszer | kg/ m3 |
cgs rendszer | g/cm 3 ug/ml |
Amerikai birodalmi rendszer | lbm / ft3_ _ |
brit gravitációs rendszer | csiga/ft 3 |
gáz sűrűsége | g/l |
skála típus
A sűrűség egy abszolút skálán mért tulajdonság. Ez azt jelenti, hogy értéke 0-tól kezdődően változik, függetlenül a használt mértékegységektől, és értéke csak az adott anyagtól függ, más anyagtól vagy referenciarendszertől nem.
A sűrűség függése a hőmérséklettől
A test tömege független a hőmérséklettől, térfogata azonban nem. A legtöbb anyag a hőmérséklet emelkedésével kitágul. Amikor ez megtörténik, a sűrűség, amelyet elosztunk a térfogattal, csökken.
Vannak azonban példák olyan anyagokra, amelyek a hőmérséklet hatására összehúzódnak. Ilyen például a víz. Általában a víz sűrűsége csökken a hőmérséklet emelkedésével és növekszik a hőmérséklet csökkenésével. Azonban a víz lehűtésével, közvetlenül a fagyáspont előtt, a sűrűség csökken, ahelyett, hogy nőne. Ez megmagyarázza, hogy a víz tetején lebegő jég kevésbé sűrű, mint a víz.
Mérőműszer
A folyadékok sűrűségét egy piknométernek nevezett műszerrel és analitikai mérleggel határozzák meg. A piknométer a térfogatok nagyon nagy pontosságú mérését teszi lehetővé, míg az analitikai mérleg segítségével meghatározott teli és üres tömeg közötti különbség egyenlő pontossággal és pontossággal teszi lehetővé a tömegmérést.
Sűrűség felhasználások
A sűrűséget különböző típusú számításokhoz használják. Egyrészt lehetővé teszi bármely anyag térfogatának vagy tömegének meghatározását, feltéve, hogy ismerjük a tömeget vagy a térfogatot.
Hasznos a különböző anyagok azonosításához vagy megkülönböztetéséhez. Mivel az anyag jellemző tulajdonsága, minden anyagnak meghatározott sűrűsége van egy adott hőmérsékleten.
A folyadékmechanikában nagy jelentősége van, mivel a tárgy és a folyadék sűrűsége közötti különbség határozza meg az előbbi felhajtóképességét az utóbbiban.
Mi az a fajsúly?
A fajsúly , más néven relatív sűrűség, egy anyag vagy anyag sűrűsége és egy másik referenciaanyag sűrűsége közötti arány, azonos kísérleti hőmérsékleti és nyomási körülmények között . Gyakran az SG (fajsúly ) szimbólummal jelölik , és a sűrűséghez hasonlóan az anyag jellemző mennyisége egy adott hőmérsékleten.
A relatív sűrűséget vagy a fajsúlyt eltérő módon számítják ki attól függően, hogy kondenzált anyagról (szilárd vagy folyékony halmazállapotú) vagy gázokról van szó. Az 1-nél kisebb fajsúly mindkét esetben azt jelenti, hogy az anyag a referenciaanyag felett lebeg, míg az egynél nagyobb fajsúly azt jelzi, hogy elsüllyed.
Szilárd vagy folyékony anyagok fajsúlya
Ha a kérdéses anyag szilárd vagy folyékony halmazállapotú, a folyékony víz sűrűségét tekintjük referenciaként, általában azon a hőmérsékleten, amelyen a sűrűsége a legnagyobb, ami 4 °C-nak felel meg. Ezen a hőmérsékleten a víz sűrűsége 1000 kg/m 3 . Ebben az esetben a fajsúlyt a következő kifejezés adja meg:
A gáz fajsúlya
Másrészt, ha az anyag, amelynek relatív sűrűségét mérjük vagy meghatározzuk, egy gáz, akkor a referenciaanyag nem víz, hanem levegő azonos hőmérsékleti és nyomási feltételek mellett. Más szavakkal, ebben az esetben a fajsúlyt a következőképpen adja meg:
Fajsúly mértékegységei
A sűrűséghez képest a fajsúly legfontosabb jellemzője, hogy a fajsúlynak két sűrűség elosztásával kapott mennyiségként nincs mértékegysége. Más szóval, ez egy dimenzió nélküli mennyiség. Ez azt jelenti, hogy egy tiszta számról van szó, amelynek értéke egy adott anyagra adott hőmérsékleten és nyomáson mindig ugyanaz lesz, függetlenül attól, hogy milyen mértékegységrendszert használtak az eredeti sűrűségek kifejezésére.
Más szóval, a relatív sűrűség a sűrűség mérésére szolgáló skálát biztosít, amely független attól a mértékegységrendszertől, amelyben minden más számítást végeznek. Ez különösen hasznossá teszi a nem SI mértékegységrendszereket használó mérnökcsapatok közötti kommunikációt olyan tudósokkal vagy más területeken dolgozó szakemberekkel, akik hajlamosak a metrikus vagy SI rendszert használni.
skála típus
Mivel ez egy anyag sűrűsége és egy referenciaanyag sűrűsége közötti arány, a fajsúly relatív mennyiségnek felel meg, nem pedig abszolút mennyiségnek. Más szóval, ha azt mondjuk, hogy például a higany fajsúlya 13,59, akkor valójában azt mondjuk, hogy sűrűsége 13,59-szer nagyobb, mint a víz sűrűsége. Vegyük észre, hogy ez a sűrűség a víz sűrűségéhez viszonyítva, ezért az utóbbi ismerete nélkül nem tudhatjuk a higany valós sűrűségét.
Referencia sűrűség értékek
Amint látható, a fajsúly számítása függ a referenciaanyag sűrűségétől, ez pedig attól függ, hogy milyen hőmérsékleti és nyomásviszonyok mellett történik a fajsúly mérése vagy kiszámítása. Szilárd és folyékony halmazállapotú anyagok esetében, ha nincs megadva egy adott hőmérséklet, azt feltételezzük, hogy az említett SG-t a víz 4 °C-os sűrűsége alapján állapítják meg. Gázok esetében, ha a hőmérsékleti és nyomási feltételek nincsenek megadva, a sűrűséget normál hőmérsékleti és nyomási feltételek mellett, vagy NTP-t feltételezzük, amely 20 °C hőmérsékletnek és 1 atm nyomásnak felel meg, ebben az esetben ebben az esetben a levegő (száraz) sűrűsége 1,204 kg/m 3 .
Az alábbi táblázat ezeket a referenciaértékeket mutatja különböző mértékegységekben:
Egységrendszer | A víz sűrűsége 4 °C-on | légsűrűség |
Nemzetközi rendszer (SI) | 1000kg/ m3 | 1.204 kg/ m3 |
cgs rendszer | 1000 g/ cm3 | 1,204 x 10 -3 g/ cm3 |
brit gravitációs rendszer | 1.940 slug/ ft3 | 2,336 x 10 -3 csigák/láb 3 |
Amerikai birodalmi rendszer | 62 428 font/ láb3 | 0,07516 lb/ ft3 |
A fajsúly függése a hőmérséklettől
Mivel két sűrűség függvénye, amelyek a hőmérséklettől függően változnak, a relatív sűrűség vagy a fajsúly is változik az említett tulajdonság függvényében.
Általában azonban az eltérés kisebb, mint az abszolút sűrűség változása. Ennek az az oka, hogy amint fentebb említettük, a legtöbb anyag sűrűsége csökken a hőmérséklet emelkedésével, és ez magában foglalja a vizet is a legtöbb olyan hőmérsékleten, amely nem 0 és 8 °C között van. Ezután a hőmérséklet emelkedésével a szóban forgó anyag és a referenciaanyag sűrűsége egyaránt csökken. Ez azt jelenti, hogy a számláló változása részben ellensúlyozza a nevező változását, csökkentve a hőmérséklet hatását a fajsúlyra.
Mérőműszer
A fajsúlyt kísérleti úton, egy hidrométer nevű műszerrel mérik. Ez egy nehéz izzóból áll, amelynek szára a referenciaanyag, legtöbb esetben víz szerint kalibrált skálával rendelkezik. Amikor az izzót folyadékba helyezik, addig süllyed, amíg a felhajtóerő ellensúlyozza a hidrométer súlyát. A leolvasás a skálán a folyadék felszínéből kiálló ponton történik.
Fajlagos gravitációs felhasználások
A fajsúly azonnali haszna, hogy értéke azonnal jelzi, hogy az anyag vízben vagy levegőben lebeg-e vagy sem, attól függően, hogy szilárd és folyékony, illetve gázok. Mindkét esetben, ha a relatív sűrűség kisebb, mint egység, az anyag kevésbé lesz sűrű és lebeg, és fordítva.
Az SG másik nagyon gyakori alkalmazása az oldatok koncentrációjával való kapcsolata. Az oldott anyag és az oldószer közötti kölcsönhatástól függően az oldat sűrűsége eltérhet a tiszta víz sűrűségétől, és általában ez a sűrűség a koncentráció függvényében változik. Így az SG hidrométerrel történő mérése lehetővé teszi a különböző oldatok koncentrációjának meghatározását.
Néhány példa az SG ilyen célú használatára:
- Üzemanyag értékelés.
- Az alkoholtartalom meghatározása sörök, borok és egyéb alkoholos italok előállításához használt mustok erjesztése során .
- A kénsav koncentrációjának értékelése a benzinüzemű gépjárművekben általánosan használt ólom/kénsav elemekben vagy akkumulátorokban stb.
Hogyan határozzuk meg a sűrűséget a fajsúlyból
A fajsúly könnyen átváltható abszolút sűrűséggé, ha az előbbit egyszerűen megszorozzuk a referenciaanyag sűrűségével a szükséges mértékegységekben:
Vagy gázok esetén:
Mindkét esetben nagyon pontos sűrűségtáblázatok állnak rendelkezésre a nyomás és hőmérséklet értékek széles skáláján.
A sűrűség és a fajsúly közötti különbségek összefoglalása
Az alábbi táblázat összefoglalja a sűrűség és a fajsúly közötti legfontosabb különbségeket:
Kritérium | Sűrűség | fajsúly |
Meghatározás: | Az anyag egységnyi térfogatára jutó tömege. | Egy anyag sűrűsége egy referenciaanyaghoz viszonyítva. |
Szimbólum: | ρ (néha C D-t használnak) | SG |
Képlet: | ρ=m/V | SG = ρ / ρ referencia |
egységek | [m]/[L] 3 (kg/m 3 , g/cm 3 , lb/ft 3 stb.) | Nincsenek egységei. méret nélküli |
Skála típusa: | abszolút | relatív |
Változás a hőmérséklettől: | Figyelemre méltó | Kisebb |
Mérőeszköz: | Piknométer | Hidrométer |
Hivatkozások
sűrűség vs. Fajlagos tömeg és fajsúly . (nd). A Mérnöki Eszköztár. https://www.engineeringtoolbox.com/density-specific-weight-gravity-d_290.html
Különbség a sűrűség és a fajsúly között . (2019, június 5.). Differenciális. https://diferenciario.com/densidad-y-gravedad-especifica/
Különbség a sűrűség és a fajsúly között . (2021, március 22.). BYJUS. https://byjus.com/physics/difference-between-density-and-specific-gravity/
Giner, S. (2020, augusztus 18.). Hidrométer vagy hidrométer . 2D2Dhab. https://www.2d2dspuma.com/blog/que-es/hidrometro/
Szabadszövegek. (2020, augusztus 13.). 1.14: Sűrűség és fajsúly . Kémia 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
Országos Fizikai Laboratórium. (2021). Mi a különbség a sűrűség és a fajsúly között? NPL webhely. https://www.npl.co.uk/resources/qa/density-specific-gravity-differences