Tabla de Contenidos
Плътността и специфичното тегло са две свойства на материята, които са тясно свързани помежду си; Те обаче не са еднакви. И двете са интензивни свойства, свързани по един или друг начин с масата и обема на веществата, и двете могат да се използват за предсказване на плаваемостта на различни тела в различни течности, но също така имат разлики, които правят използването на едното по-практично от другото , другият в определени ситуации.
След това ще видим какво представляват плътността и специфичното тегло и ще видим най-подходящите характеристики, които отличават един от друг.
Какво е плътност?
Плътността на материала е неговата маса на единица обем . Това е интензивно свойство , характерно за всеки материал. В много области на знанието плътността се представя с буквата d ; въпреки това в някои естествени науки като физика и химия, както и в повечето инженерни науки, той се представя със символа ρ (малката гръцка буква rho ).
Плътността се изчислява по следната формула:
където ρ е плътността, m е масата и V е обемът на материала или обекта.
Единици за плътност
Единиците за плътност са [m]/[V] или, което е същото, [m]/[L] 3 . Някои примери за единици за плътност в различни системи от единици са:
| Единична система | единици за плътност |
| Международна система (SI) | kg/ m3 |
| MKS система | kg/ m3 |
| cgs система | g/cm 3 ug/mL |
| имперска система на САЩ | lbm / ft3 _ |
| британската гравитационна система | охлюв/фут 3 |
| плътност на газа | g/L |
тип мащаб
Плътността е свойство, което се измерва в абсолютна скала. Това означава, че стойността му варира от 0 нататък, независимо от използваните единици, и стойността му зависи само от въпросния материал, а не от друг материал или референтна система.
Зависимост на плътността от температурата
Масата на тялото не зависи от температурата, но неговият обем не е. Повечето материали се разширяват с повишаване на температурата. Когато това се случи, плътността, която се разделя на обема, намалява.
Има обаче примери за вещества, които се свиват при температура. Такъв е случаят с водата. Като цяло, плътността на водата намалява с повишаване на температурата и се увеличава с понижаване на температурата. Въпреки това, чрез охлаждане на водата, точно преди точката на замръзване, плътността намалява, вместо да се увеличава. Това обяснява защо ледът, който плува върху водата, е по-малко плътен от водата.
Измервателен уред
Плътността на течностите се определя с помощта на инструмент, наречен пикнометър и с аналитична везна. Пикнометърът позволява измерване на обеми с много висока степен на точност, докато разликата между пълната и празната маса, определена с помощта на аналитична везна, позволява измерване на масата с еднаква прецизност и точност.
Използване на плътност
Плътността се използва за различни видове изчисления. От една страна, това позволява определяне на обеми или маси на всяко вещество, като се има предвид, че знаем съответно масата или обема.
Полезно е за идентифициране или разграничаване на различни материали. Като характерно свойство на материята, всеки материал има определена плътност при дадена температура.
Това е от голямо значение в механиката на флуидите, тъй като разликата между плътностите на обект и тази на течност определя плаваемостта на първия в последния.
Какво е специфично тегло?
Специфичното тегло , наричано още относителна плътност, е съотношението между плътността на вещество или материал и плътността на друг референтен материал при същите експериментални условия на температура и налягане . Често се представя със символа SG (специфично тегло ) и, подобно на плътността, е характерна величина на материал при дадена температура.
Относителната плътност или специфичното тегло се изчисляват по различен начин в зависимост от това дали е кондензирана материя (твърди вещества или течности) или газове. И в двата случая специфично тегло, по-малко от 1, предполага, че веществото ще плава над референтното вещество, докато специфично тегло, по-голямо от едно, показва, че то ще потъне.
Специфично тегло на твърди вещества или течности
Когато въпросният материал е твърдо или течно вещество, плътността на течната вода се приема като референтна, обикновено при температурата, при която нейната плътност е максимална, което съответства на 4°C. При тази температура плътността на водата е 1000 kg/m 3 . В този случай специфичното тегло се дава от следния израз:
Специфично тегло на газа
От друга страна, когато материалът, чиято относителна плътност се измерва или определя, е газ, референтният материал не е вода, а въздух при същите дадени условия на температура и налягане. С други думи, в този случай специфичното тегло се дава от:
Единици за специфично тегло
Най-важната характеристика на специфичното тегло в сравнение с плътността е фактът, че тъй като е количество, получено чрез разделяне на две плътности, специфичното тегло няма единици. С други думи, това е безразмерна величина. Това означава, че това е чисто число, чиято стойност винаги ще бъде една и съща за дадено вещество при дадена температура и налягане, без значение каква система от единици е използвана за изразяване на първоначалните плътности.
С други думи, относителната плътност осигурява скала за измерване на плътността, която е независима от системата от единици, в която се извършват всички други изчисления. Това го прави особено полезен за комуникация между екипи от инженери, които са склонни да използват системи от единици, различни от SI, с учени или специалисти в други области, които са склонни да използват или метричната, или SI система.
тип мащаб
Тъй като е съотношението между плътността на веществото и плътността на референтното вещество, специфичното тегло съответства на относително количество, а не на абсолютно. С други думи, като казваме, че специфичното тегло на живака например е 13,59, ние наистина казваме, че неговата плътност е 13,59 пъти по-голяма от плътността на водата. Имайте предвид, че това е плътност спрямо плътността на водата, така че без да знаем последната, не можем да знаем истинската плътност на живака.
Референтни стойности на плътност
Както може да се види, изчислението на специфичното тегло зависи от плътността на референтния материал, а това от своя страна зависи от температурата и условията на налягане, при които специфичното тегло се измерва или изчислява. В случай на твърди вещества и течности, когато не е посочена конкретна температура, се приема, че споменатият SG е установен на базата на плътността на водата при 4°C. В случай на газове, ако условията на температурата и налягането не са посочени, плътността се приема при нормални условия на температура и налягане или NTP, съответстващи на температура от 20 °C и налягане от 1 atm, в който случай In в този случай въздухът (сух) има плътност от 1,204 kg/m 3 .
Следната таблица представя тези референтни стойности в различни единици:
| Единична система | Плътност на водата при 4 °C | плътност на въздуха |
| Международна система (SI) | 1000 кг/ м3 | 1,204 kg/ m3 |
| cgs система | 1000 g/ cm3 | 1,204 х 10 -3 g/ cm3 |
| британската гравитационна система | 1940 охлюв/ фут3 | 2,336 x 10 -3 охлюви/фут 3 |
| Имперска система на САЩ | 62 428 lb/ ft3 | 0,07516 lb/ ft3 |
Зависимост на специфичното тегло от температурата
Тъй като е функция на две плътности, които варират с температурата, относителната плътност или специфичното тегло също варира като функция на споменатото свойство.
Обаче като цяло вариацията е по-малка от вариацията на абсолютната плътност. Това е така, защото, както бе споменато по-горе, плътността на повечето вещества намалява с повишаване на температурата и това включва вода за повечето температури, които не са между 0 и 8 °C. След това, когато температурата се повиши, както плътността на въпросния материал, така и тази на референтния материал намаляват. Това означава, че промяната в числителя частично компенсира промяната в знаменателя, намалявайки ефекта на температурата върху специфичното тегло.
Измервателен уред
Специфичното тегло се измерва експериментално с помощта на инструмент, наречен хидрометър. Състои се от тежка луковица, снабдена със стъбло, което има скала, калибрирана според референтното вещество, в повечето случаи вода. Когато крушката се постави в течност, тя ще потъне, докато плаващата сила противодейства на теглото на хидрометъра. Отчитането се прави на скалата в точката, която излиза от повърхността на течността.
Използване на специфично тегло
Незабавната полза от специфичното тегло е, че стойността му веднага показва дали материалът ще плава или не във вода или във въздуха, в зависимост от това дали е твърдо и течно, или съответно газове. И в двата случая, ако относителната плътност е по-малка от единица, материалът ще бъде по-малко плътен и ще плава, и обратно.
Друго много често приложение на SG е връзката му с концентрацията на разтворите. В зависимост от взаимодействията между разтвореното вещество и разтворителя, плътността на разтвора може да бъде различна от тази на чистата вода и като цяло тази плътност варира като функция на концентрацията. По този начин измерването на SG с помощта на хидрометър дава възможност да се определи концентрацията на различни разтвори.
Някои примери за използване на SG за тази цел са:
- Оценка на горивото.
- Определяне на алкохолното съдържание по време на ферментация на мъст за производство на бира, вина и други алкохолни напитки.
- Оценката на концентрацията на сярна киселина в батерии или акумулатори със сярна киселина и олово, които обикновено се използват в автомобили, задвижвани с бензин, и др.
Как да определите плътността от специфичното тегло
Специфичното тегло може лесно да се преобразува в абсолютна плътност, като просто умножите първата по плътността на референтното вещество в необходимите единици:
Или, в случай на газове:
И в двата случая обикновено се предлагат много точни таблици за плътност при голямо разнообразие от стойности на налягане и температура.
Обобщение на разликите между плътност и специфично тегло
Следната таблица обобщава най-важните разлики между плътност и специфично тегло:
| Критерий | Плътност | специфично тегло |
| определение: | Маса на единица обем на веществото. | Плътност на вещество по отношение на референтно вещество. |
| символ: | ρ (понякога се използва C D) | ДВ |
| Формула: | ρ=m/V | SG = ρ / ρ справка |
| единици | [m]/[L] 3 (kg/m 3 , g/cm 3 , lb/ft 3 и т.н.) | Няма единици. е безразмерен |
| Тип мащаб: | абсолютен | роднина |
| Промяна в зависимост от температурата: | Значителен | Незначителен |
| Измервателен уред: | Пикнометър | Хидрометър |
Препратки
плътност vs. Специфично тегло и специфично тегло . (nd). Инженерната кутия с инструменти. https://www.engineeringtoolbox.com/density-specific-weight-gravity-d_290.html
Разлика между плътност и специфично тегло . (2019, 5 юни). Диференциал. https://diferenciario.com/densidad-y-gravedad-especifica/
Разлика между плътност и специфично тегло . (2021 г., 22 март). BYJUS. https://byjus.com/physics/difference-between-density-and-specific-gravity/
Гинер, С. (2020 г., 18 август). Хидрометър или хидрометър . 2D2Dпяна. https://www.2d2dspuma.com/blog/que-es/hidrometro/
Libretexts. (2020 г., 13 август). 1.14: Плътност и специфично тегло . Химия 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
Национална физическа лаборатория. (2021 г.). Каква е разликата между плътност и специфично тегло? Уебсайт на NPL. https://www.npl.co.uk/resources/qa/density-specific-gravity-differences
