ความแตกต่างระหว่างความหนาแน่นและความถ่วงจำเพาะ

ความหนาแน่นและความถ่วงจำเพาะเป็นคุณสมบัติสองประการของสสารที่เกี่ยวข้องกันอย่างใกล้ชิด อย่างไรก็ตามมันไม่เหมือนกัน ทั้งสองอย่างเป็นสมบัติเชิงลึกที่เกี่ยวข้องกับมวลและปริมาตรของสารไม่ทางใดก็ทางหนึ่ง และทั้งสองอย่างสามารถใช้ทำนายการลอยตัวของวัตถุต่าง ๆ ในของเหลวต่าง ๆ ได้ แต่พวกมันก็มีความแตกต่างที่ทำให้การใช้งานอย่างใดอย่างหนึ่งเป็นประโยชน์มากกว่าอีกแบบหนึ่ง . อื่น ๆ ในบางสถานการณ์

ต่อไป เราจะดูว่าความหนาแน่นและความถ่วงจำเพาะคืออะไร และเราจะเห็นลักษณะที่เกี่ยวข้องมากที่สุดที่แยกความแตกต่างจากลักษณะอื่น

ความหนาแน่นคืออะไร?

ความหนาแน่นของวัสดุคือมวลต่อหน่วยปริมาตร เป็นลักษณะเฉพาะของวัสดุแต่ละชนิดอย่างเข้มข้น ในหลายสาขาความรู้ ความหนาแน่นจะแสดงด้วยตัวอักษรd ; อย่างไรก็ตาม ในวิทยาศาสตร์ธรรมชาติบางอย่าง เช่น ฟิสิกส์และเคมี เช่นเดียวกับวิศวกรรมส่วนใหญ่ สัญลักษณ์นี้แทนด้วยสัญลักษณ์ ρ (อักษรกรีกตัวพิมพ์เล็กrho )

ความหนาแน่นคำนวณโดยใช้สูตรต่อไปนี้:

โดยที่ ρ คือความหนาแน่น m คือมวล และ V คือปริมาตรของวัสดุหรือวัตถุ

หน่วยความหนาแน่น

หน่วยของความหนาแน่นคือ [m] / [V] หรืออะไรคือ [m]/[L] ³ ตัวอย่างของหน่วยความหนาแน่นในระบบหน่วยต่าง ๆ ได้แก่ :

ประเภทมาตราส่วน

ความหนาแน่นเป็นคุณสมบัติที่วัดได้ในระดับสัมบูรณ์ กล่าวคือค่าของมันเริ่มจาก 0 เป็นต้นไป โดยไม่คำนึงถึงหน่วยที่ใช้ และค่าของมันขึ้นอยู่กับวัสดุที่เป็นปัญหาเท่านั้น ไม่ได้ขึ้นอยู่กับวัสดุหรือระบบอ้างอิงอื่นใด

ขึ้นอยู่กับความหนาแน่นกับอุณหภูมิ

มวลของร่างกายไม่ขึ้นกับอุณหภูมิ แต่ปริมาตรไม่ขึ้นกับอุณหภูมิ วัสดุส่วนใหญ่ขยายตัวเมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น เมื่อสิ่งนี้เกิดขึ้น ความหนาแน่นซึ่งหารด้วยปริมาตรจะลดลง

อย่างไรก็ตาม มีตัวอย่างสารที่หดตัวด้วยอุณหภูมิ เช่นเดียวกันกับน้ำ โดยทั่วไป ความหนาแน่นของน้ำจะลดลงเมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้นและเพิ่มขึ้นเมื่ออุณหภูมิลดลง อย่างไรก็ตามโดยการทำให้น้ำเย็นลงก่อนจุดเยือกแข็ง ความหนาแน่นจะลดลงแทนที่จะเพิ่มขึ้น สิ่งนี้อธิบายได้ว่าทำไมน้ำแข็งซึ่งลอยอยู่เหนือน้ำจึงมีความหนาแน่นน้อยกว่าน้ำ

เครื่องมือวัด

ความหนาแน่นของของเหลวถูกกำหนดโดยใช้เครื่องมือที่เรียกว่าพิกโนมิเตอร์และเครื่องชั่งเชิงวิเคราะห์ พิคโนมิเตอร์ช่วยให้สามารถวัดปริมาตรด้วยระดับความแม่นยำที่สูงมาก ในขณะที่ความแตกต่างระหว่างมวลเต็มและมวลเปล่าที่กำหนดโดยใช้เครื่องชั่งเชิงวิเคราะห์ช่วยให้วัดมวลได้อย่างแม่นยำและเที่ยงตรงเท่ากัน

การใช้ความหนาแน่น

ความหนาแน่นใช้สำหรับการคำนวณประเภทต่างๆ ในแง่หนึ่ง จะช่วยให้สามารถกำหนดปริมาตรหรือมวลของสสารใดๆ ได้ โดยที่เราทราบมวลหรือปริมาตรตามลำดับ

มีประโยชน์สำหรับการระบุหรือแยกความแตกต่างของวัสดุต่างๆ วัสดุแต่ละชนิดมีความหนาแน่นเฉพาะที่อุณหภูมิที่กำหนด เนื่องจากเป็นคุณสมบัติเฉพาะของสสาร

มีความสำคัญอย่างยิ่งในกลศาสตร์ของไหล เนื่องจากความแตกต่างระหว่างความหนาแน่นของวัตถุกับความหนาแน่นของของไหลจะเป็นตัวกำหนดการลอยตัวของวัตถุชิ้นแรกในชิ้นหลัง

ความถ่วงจำเพาะคืออะไร?

ความถ่วงจำเพาะหรือที่เรียกว่าความหนาแน่นสัมพัทธ์ คืออัตราส่วนระหว่างความหนาแน่นของสารหรือวัสดุกับความหนาแน่นของวัสดุอ้างอิงอื่นภายใต้สภาวะการทดลองเดียวกันของอุณหภูมิและความดัน มักแสดงด้วยสัญลักษณ์ SG (ความถ่วงจำเพาะ)และเช่นเดียวกับความหนาแน่น คือปริมาณลักษณะเฉพาะของวัสดุ ณ อุณหภูมิที่กำหนด

ความหนาแน่นสัมพัทธ์หรือความถ่วงจำเพาะจะคำนวณแตกต่างกันไป ขึ้นอยู่กับว่าสสารควบแน่น (ของแข็งหรือของเหลว) หรือก๊าซ ไม่ว่าในกรณีใด ค่าความถ่วงจำเพาะที่น้อยกว่า 1 แสดงว่าสารจะลอยอยู่เหนือสารอ้างอิง ในขณะที่ค่าความถ่วงจำเพาะที่มากกว่า 1 แสดงว่าสารจะจม

ความถ่วงจำเพาะของของแข็งหรือของเหลว

เมื่อวัสดุที่เป็นปัญหาเป็นของแข็งหรือของเหลว ความหนาแน่นของน้ำของเหลวจะถือเป็นข้อมูลอ้างอิง โดยทั่วไปที่อุณหภูมิที่ความหนาแน่นของน้ำนั้นสูงสุด ซึ่งเท่ากับ 4°C ที่อุณหภูมินี้ ความหนาแน่นของน้ำคือ 1,000 กก./ม. ³ ในกรณีนี้ ความถ่วงจำเพาะจะได้รับจากนิพจน์ต่อไปนี้:

ความถ่วงจำเพาะของแก๊ส

ในทางกลับกัน เมื่อวัสดุที่มีการวัดหรือกำหนดความหนาแน่นสัมพัทธ์เป็นก๊าซ วัสดุอ้างอิงจะไม่ใช่น้ำ แต่เป็นอากาศในสภาวะอุณหภูมิและความดันเดียวกัน กล่าวอีกนัยหนึ่ง ในกรณีนี้ ความถ่วงจำเพาะถูกกำหนดโดย:

หน่วยความถ่วงจำเพาะ

คุณลักษณะที่สำคัญที่สุดของความถ่วงจำเพาะเมื่อเทียบกับความหนาแน่นคือข้อเท็จจริงที่ว่า เป็นปริมาณที่ได้จากการหารสองความหนาแน่น ความถ่วงจำเพาะไม่มีหน่วย กล่าวอีกนัยหนึ่งมันเป็นปริมาณที่ไม่มีมิติ ซึ่งหมายความว่าเป็นจำนวนบริสุทธิ์ซึ่งค่าของสสารที่กำหนด ณ อุณหภูมิและความดันที่กำหนดจะเท่ากันเสมอ ไม่ว่าจะใช้ระบบหน่วยใดในการแสดงความหนาแน่นดั้งเดิมก็ตาม

กล่าวอีกนัยหนึ่ง ความหนาแน่นสัมพัทธ์มีมาตราส่วนของการวัดความหนาแน่นที่ไม่ขึ้นกับระบบของหน่วยซึ่งกำลังทำงานคำนวณอื่นๆ ทั้งหมด สิ่งนี้ทำให้มีประโยชน์อย่างยิ่งสำหรับการสื่อสารระหว่างทีมวิศวกรที่มักจะใช้ระบบที่ไม่ใช่ SI ของหน่วยงาน กับนักวิทยาศาสตร์หรือผู้เชี่ยวชาญในสาขาอื่นๆ ที่มักจะใช้ระบบเมตริกหรือ SI

ประเภทมาตราส่วน

เนื่องจากเป็นอัตราส่วนระหว่างความหนาแน่นของสารกับความหนาแน่นของสารอ้างอิง ความถ่วงจำเพาะจึงสอดคล้องกับปริมาณสัมพัทธ์ ไม่ใช่ปริมาณสัมบูรณ์ กล่าวอีกนัยหนึ่ง โดยกล่าวว่าความถ่วงจำเพาะของปรอท เช่น 13.59 เรากำลังบอกว่าความหนาแน่นของมันมากกว่าความหนาแน่นของน้ำ 13.59 เท่า โปรดทราบว่ามันคือความหนาแน่นสัมพัทธ์กับความหนาแน่นของน้ำ ดังนั้น เราไม่สามารถรู้ความหนาแน่นที่แท้จริงของปรอทได้

ค่าความหนาแน่นอ้างอิง

ดังที่เห็นได้ว่า การคำนวณค่าความถ่วงจำเพาะขึ้นอยู่กับความหนาแน่นของวัสดุอ้างอิง และสิ่งนี้จะขึ้นอยู่กับสภาวะอุณหภูมิและความดันที่วัดหรือคำนวณค่าความถ่วงจำเพาะ ในกรณีของของแข็งและของเหลว เมื่อใดก็ตามที่ไม่ได้ระบุอุณหภูมิเฉพาะ จะถือว่า SG ดังกล่าวถูกกำหนดขึ้นตามความหนาแน่นของน้ำที่ 4°C ในกรณีของก๊าซ หากไม่ได้ระบุเงื่อนไขอุณหภูมิและความดัน ความหนาแน่นจะถือว่าอยู่ภายใต้สภาวะปกติของอุณหภูมิและความดัน หรือ NTP ซึ่งสอดคล้องกับอุณหภูมิ 20 °C และความดัน 1 atm ซึ่งในกรณีนี้ กรณีนี้ อากาศ (แห้ง) มีความหนาแน่น 1.204 กก./ม. ³ .

ตารางต่อไปนี้แสดงค่าอ้างอิงเหล่านี้ในหน่วยต่างๆ:

ขึ้นอยู่กับความถ่วงจำเพาะกับอุณหภูมิ

เนื่องจากฟังก์ชันของความหนาแน่นสองค่าซึ่งแปรผันตามอุณหภูมิ ความหนาแน่นสัมพัทธ์หรือความถ่วงจำเพาะจึงแปรผันตามฟังก์ชันของคุณสมบัติดังกล่าวด้วย

อย่างไรก็ตาม โดยทั่วไป การแปรผันจะน้อยกว่าการแปรผันของความหนาแน่นสัมบูรณ์ ทั้งนี้เนื่องจากตามที่กล่าวไว้ข้างต้น ความหนาแน่นของสารส่วนใหญ่จะลดลงเมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น และรวมถึงน้ำที่อุณหภูมิส่วนใหญ่ไม่อยู่ระหว่าง 0 ถึง 8 °C จากนั้น เมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น ทั้งความหนาแน่นของวัสดุที่เป็นปัญหาและความหนาแน่นของวัสดุอ้างอิงจะลดลง ซึ่งหมายความว่าการเปลี่ยนแปลงในตัวเศษจะหักล้างการเปลี่ยนแปลงในตัวส่วนบางส่วน ซึ่งช่วยลดผลกระทบของอุณหภูมิต่อความถ่วงจำเพาะ

เครื่องมือวัด

วัดความถ่วงจำเพาะโดยใช้เครื่องมือที่เรียกว่าไฮโดรมิเตอร์ ประกอบด้วยกระเปาะหนักที่มาพร้อมกับก้านซึ่งได้รับการสอบเทียบมาตราส่วนตามสารอ้างอิง ในกรณีส่วนใหญ่เป็นน้ำ เมื่อวางหลอดไฟลงในของเหลว มันจะจมลงจนกว่าแรงลอยตัวจะสวนทางกับน้ำหนักของไฮโดรมิเตอร์ การอ่านจะทำบนมาตราส่วน ณ จุดที่ยื่นออกมาจากพื้นผิวของของเหลว

การใช้แรงโน้มถ่วงเฉพาะ

ประโยชน์ทันทีของความถ่วงจำเพาะคือค่าของมันบ่งชี้ทันทีว่าวัสดุจะลอยในน้ำหรือในอากาศหรือไม่ ขึ้นอยู่กับว่าเป็นของแข็งและของเหลวหรือก๊าซตามลำดับ ไม่ว่าในกรณีใด หากความหนาแน่นสัมพัทธ์น้อยกว่าเอกภาพ วัสดุจะมีความหนาแน่นน้อยกว่าและจะลอยได้ และในทางกลับกัน

การใช้งานทั่วไปอีกอย่างหนึ่งของ SG คือความสัมพันธ์กับความเข้มข้นของสารละลาย ขึ้นอยู่กับปฏิกิริยาระหว่างตัวถูกละลายและตัวทำละลาย ความหนาแน่นของสารละลายอาจแตกต่างจากน้ำบริสุทธิ์ และโดยทั่วไป ความหนาแน่นนี้จะแปรผันตามฟังก์ชันของความเข้มข้น ดังนั้น การวัดค่า SG โดยใช้ไฮโดรมิเตอร์ทำให้สามารถระบุความเข้มข้นของสารละลายต่างๆ ได้

ตัวอย่างของการใช้ SG เพื่อจุดประสงค์นี้คือ:

• การประเมินเชื้อเพลิง
• การหาปริมาณแอลกอฮอล์ระหว่างการหมักมัสต์สำหรับการผลิตเบียร์ ไวน์ และเครื่องดื่มแอลกอฮอล์ อื่นๆ
• การประเมินความเข้มข้นของกรดซัลฟิวริกในแบตเตอรี่ตะกั่ว/กรดซัลฟิวริกหรือตัวสะสมที่ใช้กันทั่วไปในรถยนต์ที่ใช้น้ำมัน ฯลฯ

วิธีหาค่าความหนาแน่นจากความถ่วงจำเพาะ

ความถ่วงจำเพาะสามารถแปลงเป็นความหนาแน่นสัมบูรณ์ได้ง่ายๆ เพียงแค่คูณค่าเดิมด้วยความหนาแน่นของสารอ้างอิงในหน่วยที่ต้องการ:

หรือในกรณีของก๊าซ:

ไม่ว่าในกรณีใด ตารางความหนาแน่นที่แม่นยำมากมักจะมีให้ที่ค่าความดันและอุณหภูมิที่หลากหลาย

สรุปความแตกต่างระหว่างความหนาแน่นและความถ่วงจำเพาะ

ตารางต่อไปนี้สรุปความแตกต่างที่สำคัญที่สุดระหว่างความหนาแน่นและความถ่วงจำเพาะ:

อ้างอิง

ความหนาแน่นเทียบกับ น้ำหนักเฉพาะและความถ่วงจำเพาะ (น). กล่องเครื่องมือวิศวกรรม https://www.engineeringtoolbox.com/density-specific-weight-gravity-d_290.html

ความแตกต่างระหว่างความ หนาแน่นและความถ่วงจำเพาะ (2562, 5 มิถุนายน). ดิฟเฟอเรนเชียล https://diferenciario.com/densidad-y-gravedad-especifica/

ความแตกต่างระหว่างความ หนาแน่นและความถ่วงจำเพาะ (2564, 22 มีนาคม). บายจุส. https://byjus.com/physics/difference-between-density-and-specific-gravity/

Giner, S. (2020, 18 สิงหาคม). ไฮโดรมิเตอร์ หรือ ไฮโดรมิเตอร์ . 2D2Dโฟม https://www.2d2dspuma.com/blog/que-es/hidrometro/

ลิเบรอเท็กซ์ (2020, 13 สิงหาคม). 1.14: ความหนาแน่นและความถ่วงจำเพาะ เคมี 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

ห้องปฏิบัติการกายภาพแห่งชาติ. (2564). อะไรคือความแตกต่างระหว่างความหนาแน่นและความถ่วงจำเพาะ? เว็บไซต์เอ็นพีแอล. https://www.npl.co.uk/resources/qa/density-specific-gravity-differences