Unterschied zwischen Dichte und spezifischem Gewicht

Dichte und spezifisches Gewicht sind zwei Eigenschaften von Materie, die eng miteinander verbunden sind; Sie sind jedoch nicht gleich. Beide sind intensive Eigenschaften, die auf die eine oder andere Weise mit der Masse und dem Volumen von Substanzen zusammenhängen, und beide können verwendet werden, um den Auftrieb verschiedener Körper in verschiedenen Flüssigkeiten vorherzusagen, aber sie haben auch Unterschiede, die die Verwendung des einen praktischer machen als des anderen .. der andere in bestimmten Situationen.

Als nächstes werden wir sehen, was Dichte und spezifisches Gewicht sind, und wir werden die wichtigsten Merkmale sehen, die sich voneinander unterscheiden.

Was ist Dichte?

Die Dichte eines Materials ist seine Masse pro Volumeneinheit. Es ist eine intensive Eigenschaft , die jedem Material eigen ist. In vielen Wissensgebieten wird die Dichte durch den Buchstaben d dargestellt ; In einigen Naturwissenschaften wie Physik und Chemie sowie in den meisten Ingenieurwissenschaften wird es jedoch durch das Symbol ρ (der griechische Kleinbuchstabe rho ) dargestellt.

Die Dichte wird mit folgender Formel berechnet:

wobei ρ die Dichte, m die Masse und V das Volumen des Materials oder Objekts ist.

Dichteeinheiten

Die Einheiten der Dichte sind [m]/[V] oder, was dasselbe ist, [m]/[L] ³ . Einige Beispiele für Dichteeinheiten in verschiedenen Einheitensystemen sind:

Skalentyp

Die Dichte ist eine Eigenschaft, die auf einer absoluten Skala gemessen wird. Das heißt, dass sein Wert von 0 an aufwärts geht, unabhängig von den verwendeten Einheiten, und sein Wert nur von dem betreffenden Material abhängt, nicht von irgendeinem anderen Material oder Bezugssystem.

Abhängigkeit der Dichte von der Temperatur

Die Masse eines Körpers ist unabhängig von der Temperatur, sein Volumen jedoch nicht. Die meisten Materialien dehnen sich bei Temperaturerhöhung aus. Dabei nimmt die Dichte dividiert durch das Volumen ab.

Es gibt jedoch Beispiele für Substanzen, die sich mit der Temperatur zusammenziehen. Das ist beim Wasser der Fall . Generell nimmt die Dichte von Wasser mit steigender Temperatur ab und mit sinkender Temperatur zu. Durch das Abkühlen des Wassers kurz vor dem Gefrierpunkt nimmt die Dichte jedoch ab, anstatt zuzunehmen. Dies erklärt, warum Eis, das auf Wasser schwimmt, eine geringere Dichte als Wasser hat.

Instrument messen

Die Dichte von Flüssigkeiten wird mit einem als Pyknometer bezeichneten Instrument und mit einer Analysenwaage bestimmt. Das Pyknometer ermöglicht Volumenmessungen mit sehr hoher Genauigkeit, während die mit einer Analysenwaage ermittelte Differenz zwischen voller und leerer Masse eine ebenso genaue und genaue Massemessung ermöglicht.

Dichte verwendet

Die Dichte wird für verschiedene Arten von Berechnungen verwendet. Einerseits ermöglicht es die Bestimmung von Volumen oder Massen beliebiger Substanzen, vorausgesetzt, wir kennen die Masse bzw. das Volumen.

Es ist nützlich, um verschiedene Materialien zu identifizieren oder zu unterscheiden. Als charakteristische Eigenschaft von Materie hat jedes Material bei einer bestimmten Temperatur eine bestimmte Dichte.

Es ist von großer Bedeutung in der Strömungsmechanik, da der Unterschied zwischen der Dichte eines Objekts und der einer Flüssigkeit den Auftrieb des ersteren in der letzteren bestimmt.

Was ist spezifisches Gewicht?

Das spezifische Gewicht , auch relative Dichte genannt, ist das Verhältnis zwischen der Dichte einer Substanz oder eines Materials und der Dichte eines anderen Referenzmaterials unter den gleichen experimentellen Temperatur- und Druckbedingungen . Es wird oft durch das Symbol SG (spezifisches Gewicht ) dargestellt und ist wie die Dichte eine charakteristische Größe eines Materials bei einer bestimmten Temperatur.

Die relative Dichte oder das spezifische Gewicht wird unterschiedlich berechnet, je nachdem, ob es sich um kondensierte Materie (Feststoffe oder Flüssigkeiten) oder um Gase handelt. In beiden Fällen bedeutet ein spezifisches Gewicht von weniger als 1, dass die Substanz über der Referenzsubstanz schwimmt, während ein spezifisches Gewicht von mehr als eins anzeigt, dass sie sinken wird.

Spezifisches Gewicht von Feststoffen oder Flüssigkeiten

Wenn es sich um einen Feststoff oder eine Flüssigkeit handelt, wird die Dichte von flüssigem Wasser als Referenz genommen, im Allgemeinen bei der Temperatur, bei der seine Dichte maximal ist, was 4 °C entspricht. Bei dieser Temperatur beträgt die Dichte von Wasser 1.000 kg/m ³ . In diesem Fall wird das spezifische Gewicht durch den folgenden Ausdruck angegeben:

Gasspezifisches Gewicht

Wenn andererseits das Material, dessen relative Dichte gemessen oder bestimmt wird, ein Gas ist, ist das Referenzmaterial nicht Wasser, sondern Luft bei den gleichen gegebenen Temperatur- und Druckbedingungen. Mit anderen Worten, in diesem Fall ist das spezifische Gewicht gegeben durch:

Einheiten des spezifischen Gewichts

Das wichtigste Merkmal des spezifischen Gewichts im Vergleich zur Dichte ist die Tatsache, dass das spezifische Gewicht keine Einheiten hat, da es sich um eine Größe handelt, die durch Dividieren zweier Dichten erhalten wird. Mit anderen Worten, es ist eine dimensionslose Größe. Dies bedeutet, dass es sich um eine reine Zahl handelt, deren Wert für eine bestimmte Substanz bei einer bestimmten Temperatur und einem bestimmten Druck immer gleich ist, unabhängig davon, welches Einheitensystem verwendet wurde, um die ursprünglichen Dichten auszudrücken.

Mit anderen Worten, die relative Dichte bietet eine Maßskala für die Dichte, die unabhängig von dem Einheitensystem ist, in dem alle anderen Berechnungen durchgeführt werden. Dies macht es besonders nützlich für die Kommunikation zwischen Teams von Ingenieuren, die dazu neigen, Nicht-SI-Einheitensysteme zu verwenden, mit Wissenschaftlern oder Spezialisten auf anderen Gebieten, die dazu neigen, entweder das metrische oder das SI-System zu verwenden.

Skalentyp

Da es das Verhältnis zwischen der Dichte eines Stoffes und der Dichte eines Referenzstoffes ist, entspricht das spezifische Gewicht einer relativen Größe und nicht einer absoluten. Mit anderen Worten, wenn wir beispielsweise sagen, dass das spezifische Gewicht von Quecksilber 13,59 beträgt, sagen wir in Wirklichkeit, dass seine Dichte 13,59-mal größer ist als die Dichte von Wasser. Beachten Sie, dass es sich um eine Dichte relativ zur Dichte von Wasser handelt. Ohne letztere zu kennen, können wir die tatsächliche Dichte von Quecksilber nicht kennen.

Referenzdichtewerte

Wie zu sehen ist, hängt die Berechnung des spezifischen Gewichts von der Dichte des Referenzmaterials ab, und diese wiederum hängt von den Temperatur- und Druckbedingungen ab, bei denen das spezifische Gewicht gemessen oder berechnet wird. Bei Feststoffen und Flüssigkeiten wird, wenn keine bestimmte Temperatur angegeben ist, davon ausgegangen, dass die SG auf der Grundlage der Dichte von Wasser bei 4 °C ermittelt wird. Bei Gasen wird, wenn die Temperatur- und Druckbedingungen nicht angegeben sind, die Dichte unter normalen Temperatur- und Druckbedingungen oder NTP angenommen, was einer Temperatur von 20 °C und einem Druck von 1 atm entspricht, in diesem Fall In Luft (trocken) hat in diesem Fall eine Dichte von 1,204 kg/m ³ .

Die folgende Tabelle stellt diese Referenzwerte in verschiedenen Einheiten dar:

Abhängigkeit des spezifischen Gewichts von der Temperatur

Als Funktion zweier Dichten, die sich mit der Temperatur ändern, ändert sich auch die relative Dichte oder das spezifische Gewicht als Funktion dieser Eigenschaft.

Im Allgemeinen ist die Variation jedoch kleiner als die Variation der absoluten Dichte. Denn, wie oben erwähnt, nimmt die Dichte der meisten Stoffe mit steigender Temperatur ab, und dazu gehört auch Wasser für die meisten Temperaturen, die nicht zwischen 0 und 8 °C liegen. Mit steigender Temperatur nehmen dann sowohl die Dichte des betreffenden Materials als auch die des Referenzmaterials ab. Dies bedeutet, dass die Änderung des Zählers die Änderung des Nenners teilweise ausgleicht, wodurch die Auswirkung der Temperatur auf das spezifische Gewicht verringert wird.

Instrument messen

Das spezifische Gewicht wird experimentell mit einem als Hydrometer bezeichneten Instrument gemessen. Diese besteht aus einer schweren Birne, die mit einem Stiel versehen ist, der eine nach der Referenzsubstanz, in den meisten Fällen Wasser, kalibrierte Skala hat. Wenn die Kugel in eine Flüssigkeit getaucht wird, sinkt sie, bis die Auftriebskraft dem Gewicht des Aräometers entgegenwirkt. Die Ablesung erfolgt auf der Skala an der Stelle, die aus der Flüssigkeitsoberfläche herausragt.

Spezifisches Gewicht verwendet

Ein unmittelbarer Nutzen des spezifischen Gewichts besteht darin, dass sein Wert sofort anzeigt, ob das Material in Wasser oder in der Luft schwimmt oder nicht, je nachdem, ob es fest und flüssig bzw. gasförmig ist. Wenn die relative Dichte kleiner als Eins ist, ist das Material in jedem Fall weniger dicht und schwimmt und umgekehrt.

Eine weitere sehr häufige Anwendung von SG ist ihre Beziehung zur Konzentration von Lösungen. Abhängig von den Wechselwirkungen zwischen gelöstem Stoff und Lösungsmittel kann sich die Dichte einer Lösung von der von reinem Wasser unterscheiden, und im Allgemeinen variiert diese Dichte als Funktion der Konzentration. Somit ermöglicht die Messung von SG mit einem Aräometer die Bestimmung der Konzentration verschiedener Lösungen.

Einige Beispiele für die Verwendung des SG zu diesem Zweck sind:

• Kraftstoffbewertung.
• Die Bestimmung des Alkoholgehalts bei der Gärung von Mosten zur Herstellung von Bieren, Weinen und anderen alkoholischen Getränken.
• Die Bewertung der Schwefelsäurekonzentration in Blei/Schwefelsäure-Batterien oder -Akkumulatoren, die üblicherweise in benzinbetriebenen Automobilen usw. verwendet werden.

Wie man die Dichte aus dem spezifischen Gewicht bestimmt

Das spezifische Gewicht lässt sich leicht in die absolute Dichte umrechnen, indem man ersteres einfach mit der Dichte der Referenzsubstanz in den erforderlichen Einheiten multipliziert:

Oder bei Gasen:

In beiden Fällen sind in der Regel sehr genaue Dichtetabellen für eine Vielzahl von Druck- und Temperaturwerten verfügbar.

Zusammenfassung der Unterschiede zwischen Dichte und spezifischem Gewicht

Die folgende Tabelle fasst die wichtigsten Unterschiede zwischen Dichte und spezifischem Gewicht zusammen:

Verweise

Dichte vs. Spezifisches Gewicht und spezifisches Gewicht . (nd). Die Engineering-Toolbox. https://www.engineeringtoolbox.com/density-specific-weight-gravity-d_290.html

Unterschied zwischen Dichte und spezifischem Gewicht . (2019, 5. Juni). Differential. https://diferenciario.com/densidad-y-gravedad-especifica/

Unterschied zwischen Dichte und spezifischem Gewicht . (2021, 22. März). BYJUS. https://byjus.com/physics/difference-between-density-and-specific-gravity/

Giner, S. (2020, 18. August). Aräometer oder Aräometer . 2D2DSchaum. https://www.2d2dspuma.com/blog/que-es/hidrometro/

Libretexte. (2020, 13. August). 1.14: Dichte und spezifisches Gewicht . Chemie 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

Nationales Physikalisches Labor. (2021). Was ist der Unterschied zwischen Dichte und spezifischem Gewicht? NPL-Website. https://www.npl.co.uk/resources/qa/density-specific-gravity-differences