Hur är densitet, massa och volym relaterade?

Innehåll

• Förhållandet mellan massa, densitet och volym
• tips
• Mätvolym
• Förhållandet mellan tryck, volym och temperatur
• Betydelsen av massa
• Universumets massa och densitet
• Dark Matter och Dark Energy
• Kraftig kraft och specifik tyngdkraft

Förhållandet mellan massa, densitet och volym

Densitet beskriver förhållandet mellan massa och volym hos ett objekt eller ett ämne. Massa mäter materialets motstånd för att accelerera när en kraft verkar på det. Enligt Newtons andra lag av rörelse (F = ma), nettokraften som verkar på ett föremål är lika med produkten av dess masstider acceleration.

Denna formella definition av massa låter dig lägga den i andra nackdelar som beräkning av energi, fart, centripetalkraft och gravitationskraft. Eftersom tyngdkraften är nästan densamma över jordens yta, blir vikt en bra indikator på massan. Att öka och minska mängden uppmätt material ökar och minskar ämnets massa.

tips

Det finns ett tydligt samband mellan massa, densitet och volym. Till skillnad från massa och volym ökar eller minskar inte tätheten av uppmätt mängd material. Med andra ord, att öka mängden sötvatten från 10 gram till 100 gram kommer också att ändra volymen från 10 ml till 100 ml men densiteten förblir 1 gram per ml (100 g ÷ 100 ml = 1 g / ml).

Detta gör densitet till en användbar egenskap vid identifiering av många ämnen. Men eftersom volymen avviker med förändringar i temperatur och tryck, kan densiteten också ändras med temperatur och tryck.

Mätvolym

För en given massa och volym, hur mycket fysiskt utrymme ett material tar upp, för ett föremål eller ämne, förblir densiteten konstant vid en given temperatur och tryck. Ekvationen för detta förhållande är p = m / V i vilken ρ (rho) är densitet, m är massa och V är volym, vilket gör densitetsenheten kg / m³. Den ömsesidiga densiteten (1/ρ) är känd som specifik volym, mätt i m³ / kg.

Volym beskriver hur mycket utrymme ett ämne upptar och ges i liter (SI) eller gallon (engelska). Volymen av ett ämne bestäms av hur mycket material som finns och hur nära partiklarna i materialet är packade tillsammans.

Som ett resultat kan temperatur och tryck starkt påverka ett ämnes volym, särskilt gaser. Liksom med massan ökar och minskar mängden material också ämnets volym.

Förhållandet mellan tryck, volym och temperatur

För gaser är volymen alltid lika med behållaren som gasen är inuti. Detta innebär att du för gaser kan relatera volymen till temperatur, tryck och densitet med den ideala gaslagen PV = nRT i vilken P är tryck i atm (atmosfäriska enheter), V är volym i m³ (kubikmeter), n är antalet mol av gasen, R är den universella gaskonstanten (R = 8.314 J / (mol x K)) och T är temperaturen på gasen i Kelvin.

••• Syed Hussain Ather

Ytterligare tre lagar beskriver förhållandena mellan volym, tryck och temperatur när de ändras när alla andra kvantiteter hålls konstant. Ekvationerna är P₁V₁ = P₂V₂, P₁/ T₁ = P₂/ T₂ och V₁/ T₁ = V₂/ T₂ känd som Boyles Law, Gay-Lussacs Law respektive Charless Law.

I varje lag beskriver de vänstra variablerna volym, tryck och temperatur vid en initial tidpunkt medan de högra variablerna beskriver dem vid en annan senare tidpunkt. Temperaturen är konstant för Boyles Law, volymen är konstant för Gay-Lussacs Law och trycket är konstant för Charless Law.

Dessa tre lagar följer samma principer som den ideala gaslagen, men beskriver förändringar i nackdelar med antingen temperatur, tryck eller volym som hålls konstant.

Betydelsen av massa

Även om människor i allmänhet använder massa för att hänvisa till hur mycket av ett ämne som finns eller hur tungt ett ämne är, betyder de olika sätten människor hänvisar till massor av olika vetenskapliga fenomen att massan behöver en mer enhetlig definition som omfattar alla dess användningar.

Forskare talar vanligtvis om subatomära partiklar, till exempel elektroner, bosoner eller fotoner, som har en mycket liten mängd massa. Men massorna av dessa partiklar är faktiskt bara energi. Medan massan av protoner och neutroner lagras i gluoner (materialet som håller protoner och neutroner ihop), är massan hos en elektron mycket mer försumbar med tanke på att elektroner är ungefär 2000 gånger lättare än protoner och neutroner.

Gluoner står för den starka kärnkraften, en av universums fyra grundläggande krafter tillsammans med elektromagnetisk kraft, gravitationskraft och den svaga kärnkraften, och håller neutroner och protoner bundna ihop.

Universumets massa och densitet

Även om storleken på hela universum inte är exakt känd, har det observerbara universum, ämnet i universum som forskarna har studerat, en massa på cirka 2 x 10⁵⁵ g, cirka 25 miljarder galaxer på storleken på Vintergatan. Detta sträcker sig över 14 miljarder ljusår inklusive mörk materia, materia som forskare inte är helt säkra på vad det är gjort av och lysande materia, vad som står för stjärnor och galaxer. Universens densitet är ungefär 3 x 10^-30 g / cm³.

Forskare kommer med dessa uppskattningar genom att observera förändringar i den kosmiska mikrovågsbakgrunden (artefakter av elektromagnetisk strålning från primitiva stadier i universum), superkluster (kluster av galaxer) och Big Bang-nukleosyntes (produktion av icke-väte-kärnor under de tidiga stadierna av universum).

Dark Matter och Dark Energy

Forskare studerar dessa funktioner i universum för att bestämma dess öde, oavsett om det kommer att fortsätta att expandera eller vid någon tidpunkt kollapsa i sig själv. När universum fortsätter att expandera brukade forskare tro att gravitationskrafter ger objekt en attraktiv kraft mellan varandra för att bromsa expansionen.

Men 1998, Hubble Space Telescope observationer av avlägsna supernovaer visade att universum var universum expansionen har ökat med tiden. Även om forskare inte hade räknat ut vad som orsakade accelerationen, ledde denna expansionsacceleration forskare att teoretisera den mörka energin, namnet på detta okända fenomen, som skulle stå för detta.

Det finns fortfarande många mysterier om massa i universum, och de står för de flesta universum. Cirka 70% av massan i universum kommer från mörk energi och cirka 25% från mörk materia. Endast cirka 5% kommer från vanlig materia. Dessa detaljerade bilder av olika typer av massor i universum visar hur varierad massa kan vara i olika vetenskapliga nackdelar.

Kraftig kraft och specifik tyngdkraft

Föremålets gravitationskraft i vatten och flytande kraft som håller det uppåt avgör om ett objekt flyter eller sjunker. Om föremålens flytkraft eller densitet är större än vätskans, flyter det och, om inte, sjunker det.

Stålens densitet är mycket högre än vattentätheten men formad på lämpligt sätt kan densiteten reduceras med luftutrymmen, vilket skapar stålfartyg. Vattentätheten som är större än isens densitet förklarar också varför is flyter i vatten.

Specifik gravitation är densiteten för ett ämne dividerat med referenssubstansens densitet. Denna referens är antingen luft utan vatten för gaser eller färskt vatten för vätskor och fasta ämnen.