TRỌNG LƯỢNG RIÊNG -Khối lượng riêng (đầy đủ)

Trọng lượng riêng là gì

Trọng lượng riêng, còn được gọi là trọng lượng đơn vị, là trọng lượng trên một đơn vị thể tích của vật liệu.

Một giá trị thường được sử dụng là trọng lượng riêng của nước trên Trái đất ở 4 ° C (39 ° F), là 9,807 kilonewtons trên mét khối hoặc 62,43 pound-lực trên foot khối.

Thông thường, một nguồn gây nhầm lẫn là các thuật ngữ trọng lượng riêng, và trọng lượng riêng ít thường xuyên hơn, cũng được sử dụng cho khối lượng riêng tương đối. Một ký hiệu chung cho trọng lượng riêng là γ, chữ cái Hy Lạp Gamma.

Trọng lượng riêng, γ, của một vật liệu được định nghĩa là tích của khối lượng riêng của nó, ρ, và trọng lượng tiêu chuẩn, g.
Trọng lượng riêng của vật liệu được định nghĩa là khối lượng trên một đơn vị thể tích, thường được đo bằng kg / m3. Trọng lực tiêu chuẩn là gia tốc do trọng lực, thường được tính bằng m / s2, và trên Trái đất thường được lấy là 9,81 m / s2.

Không giống như khối lượng riêng, trọng lượng riêng không phải là thuộc tính cố định của vật liệu. Nó phụ thuộc vào giá trị của gia tốc trọng trường, gia tốc này thay đổi theo vị trí. Áp suất cũng có thể ảnh hưởng đến các giá trị, tùy thuộc vào mô đun khối của vật liệu, nhưng nhìn chung, ở áp suất vừa phải, có ảnh hưởng ít đáng kể hơn các yếu tố khác.

Cách tìm trọng lượng riêng

Thuật ngữ trọng lượng riêng, được ký hiệu là sp gr, dùng để chỉ tỷ số giữa khối lượng riêng của chất rắn hoặc chất lỏng với khối lượng riêng của nước ở 4 độ C. Thuật ngữ này cũng có thể đề cập đến tỷ lệ giữa khối lượng riêng của khí với khối lượng riêng của không khí khô ở nhiệt độ và áp suất tiêu chuẩn, mặc dù thông số kỹ thuật này ít được sử dụng hơn. Khối lượng riêng là đại lượng không thứ nguyên; nghĩa là, nó không được thể hiện bằng đơn vị.

Để tìm sp gr của một chất rắn hoặc chất lỏng, bạn phải biết khối lượng riêng của nó tính bằng kilogam trên mét khối (kg / m3) hoặc tính bằng gam trên centimet khối (g / cm3). Sau đó, chia tỷ trọng này cho tỷ trọng của nước tinh khiết trong cùng đơn vị. Nếu bạn sử dụng kg / m3, chia cho 1000. Nếu bạn sử dụng g / cm3, chia cho 1 (nghĩa là, để số riêng). Điều quan trọng là sử dụng các đơn vị giống nhau ở tử số và mẫu số.

Nước có khối lượng riêng bằng 1. Vật liệu có khối lượng riêng nhỏ hơn 1 có khối lượng riêng nhỏ hơn nước, và sẽ nổi trên chất lỏng nguyên chất; các chất có trọng lượng riêng lớn hơn 1 đặc hơn nước, và sẽ chìm xuống. Một vật có khối lượng riêng 85 kg / m3 có trọng lượng riêng là 0,085, sẽ nổi trên mặt nước. Một vật có khối lượng riêng 85 g / cm3 thì khối lượng riêng là 85, sẽ chìm nhanh dần đều.

Để tìm trọng lượng riêng của một chất khí, bạn phải biết khối lượng riêng của nó tính bằng kilôgam trên mét khối (kg / m3). Sau đó, chia khối lượng riêng này cho khối lượng riêng của không khí khô ở nhiệt độ và áp suất tiêu chuẩn. Giá trị này xấp xỉ 1,29 kg / m3. Các chất khí có trọng lượng riêng nhỏ hơn 1 sẽ bốc lên trong khí quyển ở mực nước biển; các chất khí có trọng lượng riêng lớn hơn 1 sẽ chìm xuống và tìm kiếm các vùng có độ cao thấp trên bề mặt trái đất.

Các yếu tố ảnh hưởng đến trọng lượng riêng

Như đã thảo luận, trọng lượng riêng là đơn vị đo khối lượng riêng của một vật thể so với khối lượng riêng của nước ở một nhiệt độ và áp suất chính xác. Sự thay đổi của áp suất và nhiệt độ ảnh hưởng đến mật độ của vật thể và chất lỏng, do đó ảnh hưởng đến trọng lượng riêng của vật thể và chất lỏng. Nhiệt độ và áp suất tiêu chuẩn được sử dụng trong tính toán trọng lượng riêng. Nếu không điều chỉnh được các ảnh hưởng bên ngoài, thì trọng lượng riêng sẽ thay đổi.

Các ứng dụng của trọng lượng riêng

Trọng lượng riêng có rất nhiều ứng dụng, sau đây là một số ứng dụng:

Độ tinh khiết của đá quý có thể được xác định bằng cách so sánh trọng lượng riêng của nó với mức độ tinh khiết cao đã đo được của một loại đá quý khác. Điều này cho phép xác định giá trị của đá quý rất nhanh chóng.
Trọng lượng riêng được các nhà khoáng vật học và địa chất học sử dụng để xác định hàm lượng khoáng chất của đá.
Trọng lượng riêng của nước tiểu là thước đo nồng độ của các chất hòa tan trong nước tiểu. Xét nghiệm là một phần thường xuyên của quá trình phân tích nước tiểu.

Khối lượng riêng

Khối lượng riêng (chính xác hơn là khối lượng riêng thể tích; còn được gọi là khối lượng riêng), của một chất là khối lượng của nó trên một đơn vị thể tích. Ký hiệu thường được sử dụng nhất cho mật độ là ρ (chữ cái viết thường trong tiếng Hy Lạp rho), mặc dù chữ D trong tiếng Latinh cũng có thể được sử dụng.
trong đó ρ là khối lượng riêng, m là khối lượng và V là thể tích. Trong một số trường hợp (ví dụ, trong ngành dầu khí Hoa Kỳ), tỷ trọng được định nghĩa lỏng lẻo là trọng lượng của nó trên một đơn vị thể tích, mặc dù điều này là không chính xác về mặt khoa học – đại lượng này được gọi cụ thể hơn là trọng lượng riêng.

Đối với một chất tinh khiết, khối lượng riêng có cùng trị số với nồng độ khối lượng của nó. Các vật liệu khác nhau thường có tỷ trọng khác nhau, và tỷ trọng có thể liên quan đến độ nổi, độ tinh khiết và bao bì. Osmium và iridi là những nguyên tố dày đặc nhất đã biết ở các điều kiện tiêu chuẩn về nhiệt độ và áp suất.

Để đơn giản hóa việc so sánh tỷ trọng giữa các hệ đơn vị khác nhau, đôi khi nó được thay thế bằng đại lượng không thứ nguyên “tỷ trọng tương đối” hoặc “trọng lượng riêng”, tức là tỷ số giữa khối lượng riêng của vật liệu với khối lượng riêng của vật liệu tiêu chuẩn, thường là nước. Do đó, tỷ trọng tương đối nhỏ hơn một tỷ trọng so với nước có nghĩa là chất đó nổi trong nước.

Mật độ của vật liệu thay đổi theo nhiệt độ và áp suất. Sự thay đổi này thường nhỏ đối với chất rắn và chất lỏng nhưng lớn hơn nhiều đối với chất khí. Tăng áp suất lên một vật thì thể tích của vật đó giảm đi và do đó khối lượng riêng của nó tăng lên. Tăng nhiệt độ của một chất (với một số ngoại lệ) làm giảm khối lượng riêng của nó bằng cách tăng thể tích của nó. Trong hầu hết các vật liệu, việc đốt nóng đáy của chất lỏng dẫn đến sự đối lưu nhiệt từ dưới lên trên, do mật độ của chất lỏng được làm nóng giảm xuống, khiến nó tăng lên so với vật liệu không được làm nóng dày đặc hơn.

Nghịch đảo của khối lượng riêng của một chất đôi khi được gọi là thể tích riêng của nó, một thuật ngữ đôi khi được sử dụng trong nhiệt động lực học. Mật độ là một tính chất chuyên sâu trong đó việc tăng lượng của một chất không làm tăng mật độ của nó; đúng hơn nó làm tăng khối lượng của nó.

Xác định khối lượng riêng

Một số kỹ thuật cũng như tiêu chuẩn tồn tại để đo khối lượng riêng của vật liệu. Các kỹ thuật này bao gồm việc sử dụng tỷ trọng kế (một phương pháp nổi cho chất lỏng), cân bằng thủy tĩnh (một phương pháp nổi cho chất lỏng và chất rắn), phương pháp thân ngâm (một phương pháp nổi cho chất lỏng), pycnometer (chất lỏng và chất rắn), áp kế so sánh không khí ( chất rắn), máy đo mật độ dao động (chất lỏng), cũng như rót và gõ (chất rắn). Tuy nhiên, mỗi phương pháp hoặc kỹ thuật riêng lẻ đo lường các loại mật độ khác nhau (ví dụ: mật độ khối, mật độ xương, v.v.), và do đó cần phải hiểu về loại mật độ được đo cũng như loại vật liệu được đề cập.

Đơn vị
Từ phương trình khối lượng riêng (ρ = m / V), khối lượng riêng có đơn vị bất kỳ là khối lượng chia cho thể tích. Vì có nhiều đơn vị khối lượng và thể tích bao gồm nhiều độ lớn khác nhau nên có một số lượng lớn các đơn vị cho mật độ khối lượng được sử dụng. Đơn vị SI của kilôgam trên mét khối (kg / m3) và đơn vị cgs của gam trên centimet khối (g / cm3) có lẽ là những đơn vị được sử dụng phổ biến nhất cho mật độ. Một g / cm3 bằng 1000 kg / m3. Một cm khối (viết tắt cc) bằng một mililit. Trong công nghiệp, các đơn vị khối lượng và hoặc thể tích khác lớn hơn hoặc nhỏ hơn thường thực tế hơn và các đơn vị thông thường của Hoa Kỳ có thể được sử dụng. Xem bên dưới để biết danh sách một số đơn vị mật độ phổ biến nhất.

Vật liệu đồng nhất
Khối lượng riêng tại tất cả các điểm của một vật đồng chất bằng tổng khối lượng của nó chia cho tổng thể tích của nó. Khối lượng thường được đo bằng cân hoặc cân; thể tích có thể được đo trực tiếp (từ hình dạng của vật thể) hoặc bằng sự dịch chuyển của chất lỏng. Để xác định khối lượng riêng của chất lỏng hoặc chất khí, có thể sử dụng tỷ trọng kế, máy đo độ cứng hoặc máy đo lưu lượng Coriolis. Tương tự, cân thủy tĩnh sử dụng sự dịch chuyển của nước do một vật chìm dưới nước để xác định khối lượng riêng của vật đó.

Vật liệu không đồng nhất
Nếu vật thể không đồng nhất, thì mật độ của nó thay đổi giữa các vùng khác nhau của vật thể. Trong trường hợp đó, mật độ xung quanh bất kỳ vị trí nhất định nào được xác định bằng cách tính toán mật độ của một khối lượng nhỏ xung quanh vị trí đó.
Vật liệu không nén
Trong thực tế, các vật liệu rời như đường, cát hoặc tuyết có chứa các khoảng trống. Nhiều vật liệu tồn tại trong tự nhiên ở dạng mảnh, viên hoặc hạt.

Vùng trống là những vùng có chứa thứ gì đó khác với vật liệu được xem xét. Thông thường khoảng trống là không khí, nhưng nó cũng có thể là chân không, chất lỏng, chất rắn, hoặc một hỗn hợp khí hoặc khí khác.

Thể tích khối của vật liệu – bao gồm cả phần rỗng – thường thu được bằng phép đo đơn giản (ví dụ: với cốc đo đã được hiệu chuẩn) hoặc theo phương pháp hình học từ các kích thước đã biết.

Khối lượng chia cho khối lượng khối xác định mật độ khối lượng lớn. Điều này không giống với mật độ khối lượng thể tích.

Để xác định mật độ khối lượng thể tích, trước tiên người ta phải chiết khấu thể tích của phần rỗng. Đôi khi điều này có thể được xác định bằng suy luận hình học. Đối với việc đóng gói các hình cầu bằng nhau, phần không rỗng tối đa có thể là khoảng 74%. Nó cũng có thể được xác định theo kinh nghiệm. Tuy nhiên, một số vật liệu rời, chẳng hạn như cát, có phần rỗng thay đổi tùy thuộc vào cách vật liệu được khuấy hoặc đổ. Nó có thể lỏng lẻo hoặc nhỏ gọn, với nhiều không gian không khí hơn hoặc ít hơn tùy thuộc vào việc xử lý.

Trong thực tế, phần rỗng không nhất thiết phải là không khí, hoặc thậm chí ở thể khí. Trong trường hợp cát, nó có thể là nước, có thể thuận lợi cho việc đo lường vì phần rỗng của cát bão hòa trong nước — một khi bất kỳ bọt khí nào được đẩy ra ngoài hoàn toàn — có khả năng phù hợp hơn cát khô được đo bằng một khoảng trống không khí.

Trong trường hợp vật liệu không chặt, người ta cũng phải chú ý đến việc xác định khối lượng của mẫu vật liệu. Nếu vật liệu đang chịu áp suất (thường là áp suất không khí xung quanh ở bề mặt trái đất) thì việc xác định khối lượng từ trọng lượng mẫu đo được có thể cần tính đến hiệu ứng nổi do mật độ của thành phần rỗng, tùy thuộc vào cách tiến hành phép đo. Trong trường hợp cát khô, cát đặc hơn không khí rất nhiều nên hiệu ứng nổi thường bị bỏ qua (ít hơn một phần nghìn).

Sự thay đổi khối lượng khi thay thế vật liệu rỗng này bằng vật liệu rỗng khác trong khi duy trì thể tích không đổi có thể được sử dụng để ước tính phần rỗng, nếu sự khác biệt về mật độ của hai vật liệu rỗng được biết đến một cách đáng tin cậy.