Innehåll
- Tätheten av olja och vatten
- Heliumballongen är en tillämpning av densitet i verkliga livet
- Densitetsskillnader driver luft- och havströmmar
- Densitetsexempel i labbet
Vid daglig användning hänvisar ordet "densitet" vanligtvis till att vara tät, som i "trafiken är tät" eller "den personen är för tät för att förstå dig." Definitionen av densitet (D) i vetenskapen är mycket mer specifik. Det är den mängd massa (m) som upptar en specifik volym (v). Matematiskt, D = m / v. Densitet gäller för ämnen i fast, flytande och gasformigt tillstånd, och - ingen överraskning här - fasta ämnen är tätare än vätskor (vanligtvis) och vätskor är tätare än gaser.
På mikroskopisk nivå är densitet ett mått på hur nära packade atomerna som utgör ett visst ämne är. Om två föremål upptar samma volym är den tätare tyngre eftersom fler atomer packas samman i samma utrymme. Densiteten påverkas av temperaturen och den påverkas också av omgivningstrycket, även om dessa beroenden är mest uttalade i gasformigt tillstånd. Densitetsskillnader driver världen; livet skulle inte vara detsamma utan dem.
Tätheten av olja och vatten
Vatten har en densitet på 1 kg per kubikmeter. Om det låter som en slump, är det inte. De metriska massenheterna är baserade på vattentätheten. De flesta oljor är mindre täta än vatten och det är därför de flyter. När du blandar två vätskor eller gaser faller den tätare till botten av behållaren, så länge den inte löses upp och bildar en lösning. Anledningen till detta är enkel. Gravity utövar en starkare kraft på ett tätt material. Det faktum att olja inte upplöses i vatten och att den flyter möjliggör sanering efter ett stort oljeutsläpp. Arbetare återvinner vanligtvis oljan genom att skumma den från vattenytan.
Heliumballongen är en tillämpning av densitet i verkliga livet
Blås upp en ballong med luft från lungorna och ballongen sitter lyckligt på ett bord eller en stol tills någon kastar den i luften. Även då kan det flyta på luftströmmar ett tag, men det kommer så småningom att falla till marken. Fyll den dock med samma volym helium, och du måste binda en sträng på den för att förhindra att den flyter bort. Det är för att heliummolekyler är mycket lätta jämfört med syre- och kvävemolekylerna i luften. Faktum är att helium är tio gånger mindre tätt än luft. Ballongen flyter bort ännu snabbare om du fyllde den med väte, vilket är mer som 100 gånger mindre tätt än luft, men vätgas är mycket brandfarligt. Det är därför de inte använder det för att fylla ballonger på karnevaler.
Densitetsskillnader driver luft- och havströmmar
Tillsätt värme till luften och molekylerna flyger runt med mer energi, vilket ger mer utrymme mellan dem. Med andra ord blir luften mindre tät, så den har en tendens att stiga. Temperaturen i troposfären blir dock kallare med höjden, så det finns mer kall luft på högre höjder, och det har en tendens att falla. Den ständiga rörelsen av kall luft som faller och varm luft stiger skapar luftströmmar och vindar som driver vädret på planeten.
Temperaturvariationer i haven skapar också densitetsdifferenser som driver strömmar, men salthetsvariationer är lika viktiga. Havsvatten är inte jämnt saltlösning, och ju mer salt det innehåller, desto tätare är det. Variationer i temperatur och salthalt skapar skillnader i densitet som driver lokala virvelströmmar samt djupa undervattensfloder som skapar livsmiljöer för marina varelser och påverkar världens klimat.
Densitetsexempel i labbet
Laboratorieforskare beror på densitetsskillnader för att separera ämnen i flytande eller fast tillstånd. De gör detta med en centrifug, som är en enhet som snurrar en blandning så snabbt att det skapar en kraft som är flera gånger större än tyngdkraften. I centrifugen upplever de tätaste komponenterna i en blandning den största kraften och migrerar till utsidan av fartyget, varifrån de kan hämtas.
Densitet kan också användas för att identifiera material tillverkade av okända föreningar. Förfarandet är att väga materialen och mäta volymen de upptar med hjälp av vattenförskjutning eller någon annan metod. Därefter hittar du materialets densitet med ekvationen D = m / v och jämför den med de kända densiteterna för vanliga föreningar som listas i referenstabellerna.