چگالی

از علوم سال هفتم با ساختار ماده و اجزای تشکیل دهندۀ آن آشنا شد، همچنین یاد گرفتید که هر ماده ویژگی های منحصر به فردی دارد . ویژگی های مواد را به طور کلی دو دستۀ فیزیکی و شیمیایی تقسیم بندی کردیم.
ویژگی های مواد بیان کنندۀ تفاوت بین مواد است . برای مثال آهن بسیار سخت‌تر از پلاستیک و کاغذ است و یا شیشه شفاف است و نور از آن عبور می‌کند. کاربرد هر ماده به ویژگی های آن ماده بستگی دارد . چگالی نیز یکی از ویژگی های فیزیکی مواد است .

یک کیلوگرم آهن سنگین‌تر است یا یک کیلوگرم پنبه ؟

با کمی دقت متوجه می‌شویم که ایراد این پرسش در کجاست، جرم هر دو ماده (آهن و پنبه) یک کیلوگرم در نظر گرفته شده است اما تفاوت در چیست؟ یک کیلوگرم آهن فضای کمتر و یک کیلوگرم پنبه فضای بیشتری را اشغال می‌کند، که مربوط به تفاوت در چگالی این دو ماده است. به بیان دیگر این دو ماده با داشتن جرم‌های برابر، حجم های متفاوتی دارند که نشان می‌دهد یکی فشرده‌تر از دیگری است. هر ماده که فشرده‌تر باشد چگال‌تر است یعنی چگالی آن ماده بیشتر است.

در کتاب‌های علومِ دورۀ اول دبیرستان برای درکِ مفهوم چگالی از مقایسۀ چگالی مواد استفاده می‌شد و برای مقایسه چگالی مواد نیز، از آزمایش شناوری. برطبق این آزمایش؛ هر ماده‌ای که چگالی آن کمتر از آب باشد روی آب شناور می‌شود و هر ماده‌ای که چگالی آن از آب بیشتر باشد، در آب فرو می‌رود (غرق می شود). مثلاً نفت، روغن، چوب یا پلاستیک روی آب شناور می‌شوند پس چگالی آنها کمتر از آب است؛ ولی آهن، آلومینیوم و سنگ در آب فرو می‌روند پس چگالی این دسته از مواد بیشتر از آب است.

اما این آزمایش معیاری برای مقایسۀ چگالی مواد غرق شده در آب نداشت و نمی‌توان به کمک آن بیان کرد که کدام‌یک از مواد غرق شده چگالی بیشتر یا کمتری نسبت به دیگر مواد غرق شده دارد!(و به همین ترتیب برای مواد شناور روی آب). به همین دلیل برای مقایسۀ چگالی اجسام به معیار و مقیاس دقیقتری نیاز داریم. برای مقایسه دقیق چگالی مواد از فرمول چگالی استفاده می کنیم.

فرمول چگالی

چگالی نسبت جرم به حجم یک ماده است یعنی :

چگالی = حجم / جرم

هرچه این نسبت، عددِ بزرگتری باشد یعنی چگالی ماده بیشتر است . در این رابطه جرم جسم بر حسب کیلوگرم و حجم بر حسب مترمکعب جایگذاری می شود . بدین ترتیب چگالی بر حسب کیلوگرم بر مترمکعب به دست می‌آید.

به زبان ساده‌تر چگالی یک جسم یعنی هر مترمکعب از یک ماده چند کیلوگرم جرم دارد یا هر سانتی مترمکعب از یک ماده چند گرم جرم دارد برای مثال چگالی آب خالص 1000 کیلوگرم بر مترمکعب است یعنی هر مترمکعب از آب 1000 کیلوگرم جرم دارد یا هر سانتی مترمکعب از آب ، یک گرم جرم دارد.

چگالی از ویژگی‌هایِ فیزیکی منحصر به فرد هر ماده به شمار می‌رود و چگالی هر عنصر با عنصرِ دیگر متفاوت است. چگالی فقط به جنس ماده بستگی دارد. چگالی ماده با تغییر حجم یا جرم آن ، تغییر نمی‌کند، یعنی اگر چگالیِ یک کیلوگرم از ماده‌ای، 2500 کیلوگرم بر مترمکعب باشد، هر مقدار دیگر از این ماده نیز همان چگالی را دارد. یعنی چگالی یک کیلوگرم از طلا با چگالی 5 کیلوگرم از طلا فرقی نمی‌کند. زیرا جرم بیشتر به معنای حجم بیشتر از آن ماده است. وقتی جرم طلا را 5 برابر می­‌کنیم، حجم آن نیز 5 برابر می­‌شود و در نتیجه چگالی ثابت است. پس با نصف کردن یا خرد کردن یک ماده و تبدیل آن به قسمت های ریز تر چگالی هر کدام از قسمت های خرد شده با چگالی قطعه بزرگتر برابر است.

چگالی فقط با تغییر نوع ماده (و یا ترکیب مواد با یکدیگر) تغییر می‌کند.

انواع مسائل چگالی

الف ) پیداکردن یکی از 3 کمیت حاضر در فرمول چگالی : جرم (m) ، حجم(V) و چگالی (ρ)

ب ) مقایسه چگالی دو ماده که دارای حجم (و یا جرم) یکسانی هستند

پ ) محاسبۀ جرم، حجم و یا چگالی مواد با در نظر گرفتن جرم (یا حجم) ماده سوم (به عنوان ظرف نگهدارنده، مثل لیوان)

ت )چگالی مخلوط

چگالی مخلوط(چگالی آلیاژ)

هرگاه دو یا چند ماده را با یکدیگر مخلوط کنیم، چگالی مادۀ حاصل از رابطۀ زیر محاسبه می‌شود

البته وقتی از چگالی مخلوط استفاده می‌کنیم که دو ماده، مخلوط پذیر باشند؛ مثلاً اگر آب و الکل را با یکدیگر مخلوط کنیم این دو ماده به راحتی و به هر میزانی در یکدیگر حل می‌شوند ولی اگر آب و روغن را با یکدیگر مخلوط کنیم، هر چقدر هم که هم بزنیم، بعد از مدتی کوتاه آب و روغن از یکدیگر جدا می‌شوند (آب پایین و روغن روی آب خواهد ایستاد) که به اصطلاح می‌گویند ماده دو فاز شده است.

در مواردی هم پس از مخلوط کردن مواد با یکدیگر، حجم مادۀ نهایی از حجم مواد تشکیل دهنده کمتر و با بیشتر می‌شود که این تغییر حجم را باید در مخرج فرمول چگالی مخلوط لحاظ کنیم. البته در سطح فیزیک دبیرستان از طرح چنین مسائلی صرف نظر می کنیم و در تمامی مسائل مربوط به چگالی مخلوط ، از تغییر حجم پس از مخلوط، صرف نظر می‌کنیم مگر اینکه در مسأله‌ای این تغییر حجم بیان شود.

آموزش چگالی
چگالی

چگالی اولین مسأله‌ای است که در علوم هفتم و همچین فیزیک دهم با آن روبرو می شویم. چگالی نسبت جرم به حجم یک ماده است و میزان فشردگی یک ماده را نسبت به مواد دیگر نشان می‌دهد. چگالی کمیتی است: نرده ای، فرعی و واحد آن در SI کیلوگرم بر مترمکعب است. همچنین یکی از کمیت های پر استفاده در مبحث فشار به شمار می‌رود..

ارائه دهنده دوره: Person

نام ارائه دهنده دوره: استاد عزیزی

امتیازدهی ویرایشگر:
5

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

این فیلد را پر کنید
این فیلد را پر کنید
لطفاً یک نشانی ایمیل معتبر بنویسید.
برای ادامه، شما باید با قوانین موافقت کنید

keyboard_arrow_up