Kas ir blīvums? Definīcija, formula un pielietojumi

Blīvums ir mērījums, kas salīdzina objektā esošās vielas daudzumu ar tā tilpumu. Objektam ar lielu vielas daudzumu noteiktā tilpumā ir liels blīvums. Objektam, kuram ir maz vielas tādā pašā tilpumā, ir zems blīvums. Blīvumu nosaka, dalot objekta masu ar tā tilpumu.

ρ = m V {\displaystyle \rho ={\frac {m}{V}}}} $\rho ={\frac {m}{V}}$

kur ρ ir blīvums, m ir masa un V ir tilpums.

Kā aprēķina blīvumu

Blīvumu aprēķina pēc formulas ρ = m / V. No šīs formulas var izteikt arī masu un tilpumu:

m = ρ · V (masa = blīvums × tilpums)
V = m / ρ (tilpums = masa / blīvums)

Ir svarīgi izmantot saskaņotas vienības — SI vienība blīvumam ir kg/m³. Praktiskos aprēķinos bieži izmanto arī g/cm³ (1 g/cm³ = 1000 kg/m³).

Paraugaprēķini

Ja materiāla masa ir 500 g un tilpums 250 cm³, tad blīvums: ρ = 500 g / 250 cm³ = 2 g/cm³.
Ūdens pie 4 °C: aptuveni 1000 kg/m³ (1 g/cm³).
Gaisa blīvums pie jūras līmeņa un 15 °C: aptuveni 1,225 kg/m³.
Dzelzs (apm.) ≈ 7870–7900 kg/m³, koks atkarībā no sugas ≈ 300–900 kg/m³.

Temperatūras un spiediena ietekme

Blīvums mainās ar temperatūru un spiedienu. Parasti vielas izplešas, kad uzsilst, tādēļ blīvums samazinās. Gāzēm blīvums ļoti atkarīgs no temperatūras un spiediena (piemēram, ideālas gāzes gadījumā ρ = pM / (R T)). Šī iemesla dēļ blīvuma mērījumos jānorāda mērījuma temperatūra (un, ja nepieciešams, spiediens).

Pielietojumi un nozīme

Plūstamība un hidrodinamika: šķidrumu un gāzu uzvedību apraksta, izmantojot blīvumu.
Peldošā spēka aprēķins (Arhimēda princips): priekšmets peld, ja tā vidējais blīvums ir mazāks par šķidruma blīvumu.
Materiālu izvēle inženierijā: vieglu vai smagu konstrukciju projektēšana, balansa un stabilitātes aprēķini.
Kvalitātes kontrole un ražošana: vielas sastāva un tīrības noteikšana pēc blīvuma novirzēm.
Vides un atmosfēras pētījumi: gaiss, ūdens slāņu šķērsošana, straumju kustība un termālie procesi.

Mērīšanas metodes

Hidrometrs: vienkārša ierīce šķidruma relatīvā blīvuma noteikšanai.
Piknometrs (pycnometer): precīzam šķidruma blīvuma mērījumam laboratorijā.
Tilpuma displace metoda: cieta priekšmeta tilpumu nosaka, ievietojot to šķidrumā un mērot izspiestā šķidruma daudzumu.
Densitometri un digitālie blīvuma mērītāji: ātri un precīzi rādījumi rūpniecībā.

Relatīvais blīvums (specifiskā masa)

Relatīvais blīvums jeb specifiskā masa ir attiecība starp materiāla blīvumu un atsauces vielas blīvumu (parasti ūdens blīvums 4 °C). Tas ir bezdimensionāls skaitlis: relatīvais blīvums = ρ_materiala / ρ_ūdens. Piemēram, relatīvais blīvums 2 nozīmē, ka materiāls ir divreiz blīvāks nekā ūdens.

Praktiski padomi

Vienmēr pārliecinieties, ka masu un tilpumu izmērāt ar saskaņotām vienībām.
Norādiet mērījuma temperatūru, jo blīvums var būt ļoti atšķirīgs dažādās temperatūrās.
Salīdzinot blīvumus, izmantojiet atsauci — piemēram, puse materiālam, kas mazāk blīvs par ūdeni, peldēs.

Nobeigumā, blīvums ir fundamentāls fizikāls lielums, kas palīdz saprast vielu uzvedību, izvēlēties materiālus un veikt inženiertehniskus aprēķinus. Pareizi mērīts un interpretēts, tas sniedz daudz svarīgas informācijas gan zinātnē, gan praksē.

Blīvuma izmaiņas

Kopumā blīvumu var mainīt, mainot spiedienu vai temperatūru. Palielinot spiedienu, vienmēr palielinās materiāla blīvums. Temperatūras paaugstināšana parasti samazina blīvumu, taču ir izņēmumi. Piemēram, ūdens blīvums nedaudz palielinās starp tā kušanas temperatūru 0 °C un 4 °C. Kad ūdens sasalst, tā tilpums palielinās par aptuveni 9 %, veidojot ledu, kura blīvums ir mazāks nekā šķidra ūdens. Ūdens izplešas, kad tā temperatūra pazeminās zem 4 °C.

Pasākumi

Saldūdeni bieži izmanto kā relatīvā blīvuma standartu. To sauc par īpatnējo svaru.

Visbiežāk sastopamās SI blīvuma mērvienības ir g/cm³ un kg/m³ . Ja skaitītājs ir daudz lielāks par saucēju, tas nozīmē, ka vielai ir lielāks blīvums. Ja saucējs ir daudz lielāks par skaitītāju, vielai ir mazāks blīvums.

Citi termina lietojumi

"Blīvums" dažkārt nozīmē citu īpašību attiecību, nevis masu un tilpumu. Tad tas nozīmē, cik daudz kādas īpašības var atrast konkrētajā gabalā. Piemēram, iedzīvotāju blīvums ir tas, cik daudz cilvēku dzīvo vienā un tajā pašā zemes platībā. Iedzīvotāju blīvums pilsētā ir lielāks nekā laukos, jo pilsētā cilvēki dzīvo tuvāk viens otram. Datoros datu glabāšanas blīvums ir tas, cik daudz datu var ievietot datu glabāšanas ierīcē attiecībā pret tās fizisko izmēru. Blu-ray diskam ir lielāks datu glabāšanas blīvums nekā DVD diskam, kam ir lielāks datu glabāšanas blīvums nekā CD diskam, lai gan to tilpums ir gandrīz vienāds.

Jautājumi un atbildes

J: Kas ir blīvums?

A: Blīvums ir mērvienība, kas salīdzina vielas daudzumu objektā ar tā tilpumu.

J: Kā mēra blīvumu?

A: Blīvumu nosaka, dalot objekta masu ar tā tilpumu.

J: Kā definē augstu blīvumu?

A: Objektam, kam ir daudz vielas noteiktā tilpumā, ir liels blīvums.

J: Kā definē zemu blīvumu?

A: Objektam, kam ir maz vielas tādā pašā tilpumā, ir mazs blīvums.

J: Ar kādiem simboliem apzīmē blīvumu, masu un tilpumu?

A: Simbols, ar ko apzīmē blīvumu, ir ρ, simbols, ar ko apzīmē masu, ir m, un simbols, ar ko apzīmē tilpumu, ir V.

J: Vai diviem objektiem ar vienādu masu var būt atšķirīgs blīvums?

A: Jā, diviem vienādas masas objektiem var būt atšķirīgs blīvums, ja to tilpumi ir atšķirīgi.

J: Kāds ir vienādojums blīvuma noteikšanai?

A: Vienādojums blīvuma noteikšanai ir ρ = m/V, kur ρ ir blīvums, m ir masa un V ir tilpums.