Tabla de Contenidos
Mật độ và trọng lượng riêng là hai tính chất của vật chất có liên quan chặt chẽ với nhau; Tuy nhiên, chúng không giống nhau. Cả hai đều là những đặc tính chuyên sâu liên quan theo cách này hay cách khác đến khối lượng và thể tích của các chất, và cả hai đều có thể được sử dụng để dự đoán khả năng nổi của các vật thể khác nhau trong các chất lỏng khác nhau, nhưng chúng cũng có những khác biệt khiến việc sử dụng cái này thực tế hơn cái kia .cái kia trong những tình huống nhất định.
Tiếp theo, chúng ta sẽ xem mật độ và trọng lượng riêng là gì và chúng ta sẽ thấy các đặc điểm phù hợp nhất để phân biệt cái này với cái kia.
Mật độ là gì?
Mật độ của vật liệu là khối lượng của nó trên một đơn vị thể tích. Nó là đặc tính chuyên sâu của từng loại vật liệu. Trong nhiều lĩnh vực kiến thức, mật độ được biểu thị bằng chữ d ; tuy nhiên, trong một số ngành khoa học tự nhiên như vật lý và hóa học, cũng như trong hầu hết các ngành kỹ thuật, nó được biểu thị bằng ký hiệu ρ (chữ Hy Lạp viết thường rho ).
Mật độ được tính theo công thức sau:
trong đó ρ là mật độ, m là khối lượng và V là thể tích của vật liệu hoặc vật thể.
đơn vị mật độ
Các đơn vị của mật độ là [m]/[V] hoặc, tương tự, [m]/[L] 3 . Một số ví dụ về đơn vị mật độ trong các hệ thống đơn vị khác nhau là:
| Hệ thống đơn vị | đơn vị mật độ |
| Hệ thống quốc tế (SI) | kg/ m3 |
| hệ thống MKS | kg/ m3 |
| hệ thống cgs | g/cm3 ug /mL |
| hệ thống đế quốc Mỹ | lbm / ft3 _ |
| hệ thống hấp dẫn của Anh | sên/ft 3 |
| mật độ khí | g/l |
loại quy mô
Mật độ là một thuộc tính được đo trên thang đo tuyệt đối. Điều đó có nghĩa là giá trị của nó đi từ 0 trở đi, bất kể đơn vị được sử dụng là gì và giá trị của nó chỉ phụ thuộc vào vật liệu được đề cập, không phụ thuộc vào bất kỳ vật liệu hoặc hệ quy chiếu nào khác.
Sự phụ thuộc của khối lượng riêng với nhiệt độ
Khối lượng của một cơ thể không phụ thuộc vào nhiệt độ, nhưng thể tích của nó thì không. Hầu hết các vật liệu mở rộng với sự gia tăng nhiệt độ. Khi điều này xảy ra, mật độ, chia cho thể tích, sẽ giảm.
Tuy nhiên, có những ví dụ về các chất co lại với nhiệt độ. Đó là trường hợp với nước. Nói chung, khối lượng riêng của nước giảm khi nhiệt độ tăng và tăng khi nhiệt độ giảm. Tuy nhiên, bằng cách làm mát nước, ngay trước điểm đóng băng, mật độ giảm thay vì tăng. Điều này giải thích tại sao băng nổi trên mặt nước lại nhẹ hơn nước.
Dụng cụ đo lường
Mật độ của chất lỏng được xác định bằng cách sử dụng một dụng cụ gọi là tỷ trọng kế và cân phân tích. Tỷ trọng kế cho phép đo thể tích với độ chính xác rất cao, trong khi chênh lệch giữa khối lượng đầy và rỗng được xác định bằng cách sử dụng cân phân tích cho phép đo khối lượng với độ chính xác và độ chính xác như nhau.
mật độ sử dụng
Mật độ được sử dụng cho các loại tính toán khác nhau. Một mặt, nó cho phép xác định thể tích hoặc khối lượng của bất kỳ chất nào, với điều kiện là chúng ta biết khối lượng hoặc thể tích tương ứng.
Nó rất hữu ích để xác định hoặc phân biệt các vật liệu khác nhau. Là một tính chất đặc trưng của vật chất, mỗi vật liệu có mật độ riêng ở một nhiệt độ nhất định.
Nó có tầm quan trọng lớn trong cơ học chất lỏng vì sự khác biệt giữa mật độ của một vật thể và của chất lỏng quyết định khả năng nổi của cái trước trong cái sau.
Trọng lượng riêng là gì?
Trọng lượng riêng , còn được gọi là mật độ tương đối, là tỷ lệ giữa mật độ của một chất hoặc vật liệu và mật độ của một vật liệu tham chiếu khác trong cùng điều kiện thí nghiệm về nhiệt độ và áp suất . Nó thường được biểu thị bằng ký hiệu SG (trọng lượng riêng ) và giống như mật độ, là một đại lượng đặc trưng của vật liệu ở một nhiệt độ nhất định.
Mật độ tương đối hoặc trọng lượng riêng được tính khác nhau tùy thuộc vào việc nó là chất ngưng tụ (rắn hoặc lỏng) hay khí. Trong cả hai trường hợp, trọng lượng riêng nhỏ hơn 1 ngụ ý rằng chất đó sẽ nổi phía trên chất tham chiếu, trong khi trọng lượng riêng lớn hơn 1 cho biết chất đó sẽ chìm.
Trọng lượng riêng của chất rắn hoặc chất lỏng
Khi vật liệu được đề cập là chất rắn hoặc chất lỏng, mật độ của nước lỏng được lấy làm tham chiếu, thường ở nhiệt độ mà tại đó mật độ của nó là tối đa, tương ứng với 4°C. Ở nhiệt độ này, khối lượng riêng của nước là 1.000 kg/m 3 . Trong trường hợp này, khối lượng riêng được cho bởi biểu thức sau:
Khối lượng riêng của khí
Mặt khác, khi vật liệu có mật độ tương đối đang được đo hoặc xác định là chất khí, vật liệu chuẩn không phải là nước mà là không khí ở cùng điều kiện nhiệt độ và áp suất đã cho. Nói cách khác, trong trường hợp này, trọng lượng riêng được cho bởi:
Đơn vị khối lượng riêng
Đặc điểm quan trọng nhất của trọng lượng riêng so với mật độ là một đại lượng thu được bằng cách chia hai mật độ, trọng lượng riêng không có đơn vị. Nói cách khác, nó là một đại lượng không thứ nguyên. Điều này có nghĩa là nó là một số thuần túy mà giá trị của nó sẽ luôn giống nhau đối với một chất nhất định ở nhiệt độ và áp suất nhất định, bất kể hệ thống đơn vị nào được sử dụng để biểu thị mật độ ban đầu.
Nói cách khác, mật độ tương đối cung cấp thang đo mật độ độc lập với hệ thống đơn vị trong đó tất cả các tính toán khác đang được thực hiện. Điều này làm cho nó đặc biệt hữu ích để liên lạc giữa các nhóm kỹ sư có xu hướng sử dụng hệ thống đơn vị phi SI, với các nhà khoa học hoặc chuyên gia trong các lĩnh vực khác có xu hướng sử dụng hệ mét hoặc hệ SI.
loại quy mô
Vì nó là tỷ lệ giữa mật độ của một chất và mật độ của chất tham chiếu, trọng lượng riêng tương ứng với một đại lượng tương đối chứ không phải đại lượng tuyệt đối. Nói cách khác, bằng cách nói rằng trọng lượng riêng của thủy ngân, chẳng hạn, là 13,59, chúng ta thực sự đang nói rằng mật độ của nó lớn hơn 13,59 lần so với mật độ của nước. Lưu ý rằng nó là mật độ so với mật độ của nước, vì vậy nếu không biết mật độ sau, chúng ta không thể biết mật độ thực của thủy ngân.
Giá trị mật độ tham chiếu
Như có thể thấy, phép tính trọng lượng riêng phụ thuộc vào mật độ của vật liệu tham chiếu, và điều này, đến lượt nó, phụ thuộc vào điều kiện nhiệt độ và áp suất mà tại đó trọng lượng riêng được đo hoặc tính toán. Trong trường hợp chất rắn và chất lỏng, bất cứ khi nào nhiệt độ cụ thể không được chỉ định, người ta cho rằng SG đã nói được thiết lập dựa trên mật độ của nước ở 4°C. Trong trường hợp khí, nếu điều kiện nhiệt độ và áp suất không được chỉ định, khối lượng riêng được giả định ở điều kiện nhiệt độ và áp suất bình thường, hoặc NTP, tương ứng với nhiệt độ 20 °C và áp suất 1 atm, trong trường hợp đó. trường hợp này, không khí (khô) có khối lượng riêng là 1,204 kg/m 3 .
Bảng dưới đây trình bày các giá trị tham chiếu này theo các đơn vị khác nhau:
| Hệ thống đơn vị | Khối lượng riêng của nước ở 4 °C | mật độ không khí |
| Hệ thống quốc tế (SI) | 1.000kg/ m3 | 1,204 kg/ m3 |
| hệ thống cgs | 1.000 g/ cm3 | 1,204 x 10 -3 g/cm 3 |
| hệ thống hấp dẫn của Anh | 1.940 con sên/ ft3 | 2,336 x 10 -3 sên/ft 3 |
| Hệ thống Đế quốc Hoa Kỳ | 62.428 lb/ ft3 | 0,07516 lb/ ft3 |
Sự phụ thuộc của khối lượng riêng với nhiệt độ
Là một hàm của hai mật độ, thay đổi theo nhiệt độ, mật độ tương đối hoặc trọng lượng riêng cũng thay đổi như một hàm của đặc tính nói trên.
Tuy nhiên, nhìn chung độ biến thiên nhỏ hơn độ biến thiên của mật độ tuyệt đối. Điều này là do, như đã đề cập ở trên, mật độ của hầu hết các chất giảm khi nhiệt độ tăng và điều này bao gồm cả nước đối với hầu hết các nhiệt độ không nằm trong khoảng từ 0 đến 8 °C. Sau đó, khi nhiệt độ tăng lên, cả mật độ của vật liệu được đề cập và của vật liệu tham chiếu đều giảm. Điều này có nghĩa là sự thay đổi ở tử số bù đắp một phần sự thay đổi ở mẫu số, làm giảm ảnh hưởng của nhiệt độ đối với khối lượng riêng.
Dụng cụ đo lường
Trọng lượng riêng được đo bằng thực nghiệm bằng dụng cụ gọi là tỷ trọng kế. Điều này bao gồm một bầu nặng được cung cấp với một thân cây có thang đo được hiệu chỉnh theo chất chuẩn, trong hầu hết các trường hợp là nước. Khi bóng đèn được đặt trong chất lỏng, nó sẽ chìm xuống cho đến khi lực nổi chống lại trọng lượng của tỷ trọng kế. Việc đọc được thực hiện trên thang đo tại điểm nhô ra khỏi bề mặt chất lỏng.
Sử dụng trọng lực cụ thể
Một tiện ích trực tiếp của trọng lượng riêng là giá trị của nó ngay lập tức cho biết vật liệu sẽ nổi trong nước hay trong không khí hay không, tùy thuộc vào việc nó là chất rắn và chất lỏng hay chất khí tương ứng. Trong cả hai trường hợp, nếu mật độ tương đối nhỏ hơn 1, vật liệu sẽ ít đậm đặc hơn và sẽ nổi, và ngược lại.
Một ứng dụng rất phổ biến khác của SG là mối quan hệ của nó với nồng độ của dung dịch. Tùy thuộc vào sự tương tác giữa chất tan và dung môi, mật độ của dung dịch có thể khác với mật độ của nước tinh khiết và nói chung, mật độ này thay đổi theo hàm của nồng độ. Do đó, phép đo SG bằng tỷ trọng kế giúp xác định nồng độ của các dung dịch khác nhau.
Một số ví dụ về việc sử dụng SG cho mục đích này là:
- Đánh giá nhiên liệu.
- Việc xác định nồng độ cồn trong quá trình lên men của các chất cần thiết để sản xuất bia, rượu vang và đồ uống có cồn khác.
- Việc đánh giá nồng độ axit sunfuric trong ắc quy hoặc ắc quy chì/axit sunfuric thường được sử dụng trong ô tô chạy bằng xăng, v.v.
Cách xác định tỷ trọng từ trọng lượng riêng
Trọng lượng riêng có thể dễ dàng được chuyển đổi thành mật độ tuyệt đối bằng cách nhân tỷ trọng trước với mật độ của chất tham chiếu trong các đơn vị cần thiết:
Hoặc, trong trường hợp khí:
Trong cả hai trường hợp, các bảng tỷ trọng rất chính xác thường có sẵn ở nhiều giá trị áp suất và nhiệt độ khác nhau.
Tóm tắt sự khác biệt giữa mật độ và trọng lượng riêng
Bảng sau đây tóm tắt những khác biệt quan trọng nhất giữa mật độ và trọng lượng riêng:
| Tiêu chuẩn | Tỉ trọng | trọng lượng riêng |
| Sự định nghĩa: | Khối lượng trên một đơn vị thể tích của một chất. | Mật độ của một chất liên quan đến một chất tham chiếu. |
| Biểu tượng: | ρ (đôi khi C D được sử dụng) | SG |
| Công thức: | ρ=m/V | SG = ρ / ρ tham khảo |
| các đơn vị | [m]/[L] 3 (kg/m 3 , g/cm 3 , lb/ft 3 , v.v.) | Nó không có đơn vị. là không thứ nguyên |
| Loại tỷ lệ: | tuyệt đối | liên quan đến |
| Thay đổi theo nhiệt độ: | Đáng kể | Người vị thành niên |
| Dụng cụ đo: | tỷ trọng kế | tỷ trọng kế |
Người giới thiệu
mật độ so với Trọng lượng riêng và trọng lượng riêng . (nd). Hộp công cụ kỹ thuật. https://www.engineeringtoolbox.com/density-specific-weight-gravity-d_290.html
Sự khác biệt giữa Mật độ và Trọng lượng riêng . (2019, ngày 5 tháng 6). vi sai. https://diferenciario.com/densidad-y-gravedad-especica/
Sự khác biệt giữa Mật độ và Trọng lượng riêng . (2021, ngày 22 tháng 3). BYJUS. https://byjus.com/physics/difference-between-density-and-specific-gravity/
Giner, S. (2020, ngày 18 tháng 8). Tỷ trọng kế hay tỷ trọng kế . 2D2Dbọt. https://www.2d2dspuma.com/blog/que-es/hidrometro/
Các văn bản miễn phí. (2020, ngày 13 tháng 8). 1.14: Mật độ và Trọng lượng riêng . Hóa học 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
Phòng Thí nghiệm Vật lý Quốc gia. (2021). Sự khác biệt giữa mật độ và trọng lượng riêng là gì? Trang web NPL. https://www.npl.co.uk/resources/qa/density-specific-gravity-differences
