Hoe zijn dichtheid, massa en volume gerelateerd?

Inhoud

• Relatie tussen massa, dichtheid en volume
• Tips
• Volume meten
• Relatie tussen druk, volume en temperatuur
• De betekenis van massa
• Massa en dichtheid van het heelal
• Dark Matter en Dark Energy
• Drijfkracht en soortelijk gewicht

Relatie tussen massa, dichtheid en volume

Dichtheid beschrijft de verhouding tussen massa en volume van een object of stof. Massa meet de weerstand van een materiaal om te versnellen wanneer een kracht erop inwerkt. Volgens de tweede bewegingswet van Newtons (F = ma), de netto kracht die op een object werkt, is gelijk aan het product van zijn massa maal versnelling.

Met deze formele definitie van massa kun je het in andere nadelen plaatsen, zoals het berekenen van energie, momentum, middelpuntzoekende kracht en zwaartekracht. Omdat de zwaartekracht vrijwel gelijk is over het aardoppervlak, wordt het gewicht een goede indicator voor massa. Het verhogen en verlagen van de hoeveelheid gemeten materiaal verhoogt en verlaagt de massa van de stof.

Tips

Er is een duidelijk verband tussen massa, dichtheid en volume. In tegenstelling tot massa en volume verhoogt of verlaagt de hoeveelheid gemeten materiaal de dichtheid niet. Met andere woorden, het verhogen van de hoeveelheid zoet water van 10 gram tot 100 gram zal ook het volume veranderen van 10 milliliter naar 100 milliliter maar de dichtheid blijft 1 gram per milliliter (100 g ÷ 100 ml = 1 g / ml).

Dit maakt dichtheid een nuttige eigenschap bij het identificeren van veel stoffen. Omdat het volume echter afwijkt met veranderingen in temperatuur en druk, kan de dichtheid ook veranderen met temperatuur en druk.

Volume meten

Voor een gegeven massa en volume, hoeveel fysieke ruimte een materiaal inneemt, van een object of substantie, de dichtheid blijft constant bij een gegeven temperatuur en druk. De vergelijking voor deze relatie is ρ = m / V waarin ρ (rho) is dichtheid, m is massa en V is volume, wat de dichtheidseenheid kg / m maakt³. Het wederkerige van dichtheid (1/ρ) staat bekend als de specifiek volume, gemeten in m³ /kg.

Volume beschrijft hoeveel ruimte een stof inneemt en wordt gegeven in liters (SI) of gallons (Engels). Het volume van een stof wordt bepaald door hoeveel materiaal aanwezig is en hoe nauw de deeltjes van het materiaal samen zijn verpakt.

Als gevolg hiervan kunnen temperatuur en druk het volume van een stof, met name gassen, sterk beïnvloeden. Net als bij massa, verhoogt en verlaagt de hoeveelheid materiaal ook het volume van de stof.

Relatie tussen druk, volume en temperatuur

Voor gassen is het volume altijd gelijk aan de container waarin het gas zich bevindt. Dit betekent dat u voor gassen het volume kunt relateren aan temperatuur, druk en dichtheid met behulp van de ideale gaswet PV = nRT waarin P is druk in atm (atmosferische eenheden), V is volume in m³ (kubieke meters), n is het aantal mol van het gas, R is de universele gasconstante (R = 8,314 J / (mol x K)) en T is de temperatuur van het gas in Kelvin.

••• Syed Hussain Ather

Nog drie wetten beschrijven de relaties tussen volume, druk en temperatuur terwijl deze veranderen wanneer alle andere hoeveelheden constant worden gehouden. De vergelijkingen zijn P₁V₁ = P₂V₂, P₁/ T₁ = P₂/ T₂ en V₁/ T₁ = V₂/ T₂ respectievelijk bekend als Boyles Law, Gay-Lussacs Law en Charless Law.

In elke wet beschrijven de linker variabelen volume, druk en temperatuur op een aanvankelijk tijdstip, terwijl de rechter variabelen ze beschrijven op een later tijdstip. Temperatuur is constant voor Boyles Law, volume is constant voor Gay-Lussacs Law en druk is constant voor Charless Law.

Deze drie wetten volgen dezelfde principes van de ideale gaswet, maar beschrijven de veranderingen in nadelen van temperatuur, druk of volume constant gehouden.

De betekenis van massa

Hoewel mensen over het algemeen massa gebruiken om te verwijzen naar hoeveel van een stof aanwezig is of hoe zwaar een stof is, betekenen de verschillende manieren waarop mensen naar massa's van verschillende wetenschappelijke fenomenen verwijzen, dat massa een meer uniforme definitie nodig heeft die al het gebruik ervan omvat.

Wetenschappers hebben het meestal over subatomaire deeltjes, zoals elektronen, bosonen of fotonen, die een zeer kleine hoeveelheid massa hebben. Maar de massa van deze deeltjes is eigenlijk alleen maar energie. Terwijl de massa van protonen en neutronen wordt opgeslagen in gluonen (het materiaal dat protonen en neutronen bij elkaar houdt), is de massa van een elektron veel te verwaarlozen, aangezien elektronen ongeveer 2.000 keer lichter zijn dan protonen en neutronen.

Lijm is verantwoordelijk voor de sterke nucleaire kracht, een van de vier fundamentele krachten van het universum naast elektromagnetische kracht, zwaartekracht en de zwakke nucleaire kracht, in het bij elkaar houden van neutronen en protonen.

Massa en dichtheid van het heelal

Hoewel de grootte van het hele universum niet precies bekend is, heeft het waarneembare universum, de materie in het universum die wetenschappers hebben bestudeerd, een massa van ongeveer 2 x 10⁵⁵ g, ongeveer 25 miljard sterrenstelsels zo groot als de Melkweg. Dit omvat 14 miljard lichtjaren inclusief donkere materie, materie waarvan wetenschappers niet helemaal zeker zijn van wat het is gemaakt en lichtgevende materie, wat goed is voor sterren en sterrenstelsels. De universum-dichtheid is ongeveer 3 x 10^-30 g / cm³.

Wetenschappers komen met deze schattingen door veranderingen in de Kosmische Microgolfachtergrond (artefacten van elektromagnetische straling van primitieve stadia van het universum), superclusters (clusters van sterrenstelsels) en Big Bang-nucleosynthese (productie van niet-waterstofkernen tijdens de vroege stadia van de universum).

Dark Matter en Dark Energy

Wetenschappers bestuderen deze kenmerken van het universum om het lot te bepalen, of het zich verder zal uitbreiden of op een bepaald moment in zichzelf zal instorten. Terwijl het universum zich verder uitbreidde, dachten wetenschappers dat zwaartekrachten objecten een aantrekkelijke kracht tussen elkaar geven om de expansie te vertragen.

Maar in 1998 toonden de Hubble-ruimtetelescoopobservaties van verre supernova's aan dat het universum de uitbreiding van het universum in de loop van de tijd is toegenomen. Hoewel wetenschappers er niet achter waren gekomen wat precies de versnelling veroorzaakte, brachten deze uitbreidingsversnelling wetenschappers ertoe te theoretiseren dat donkere energie, de naam voor deze onbekende fenomenen, dit zou verklaren.

Er blijven veel mysteries over massa in het universum bestaan ​​en deze zijn verantwoordelijk voor de meeste universums. Ongeveer 70% van de massa-energie in het universum komt uit donkere energie en ongeveer 25% uit donkere materie. Slechts ongeveer 5% komt uit gewone materie. Deze gedetailleerde foto's van verschillende soorten massa's in het universum laten zien hoe gevarieerd massa kan zijn in verschillende wetenschappelijke nadelen.

Drijfkracht en soortelijk gewicht

De zwaartekracht van een object in water en de drijfkracht dat houdt het omhoog bepalen of een object zweeft of zinkt. Als de drijfkracht of dichtheid van de objecten groter is dan die van de vloeistof, drijft deze en zoniet zinkt deze.

De dichtheid van staal is veel hoger dan de dichtheid van water, maar op de juiste manier gevormd, kan de dichtheid worden verminderd met luchtruimtes, waardoor stalen schepen ontstaan. De dichtheid van water die groter is dan de dichtheid van ijs verklaart ook waarom ijs in water drijft.

Soortelijk gewicht is de dichtheid van een stof gedeeld door de dichtheid van referentiestoffen. Deze referentie is lucht zonder water voor gassen of zoet water voor vloeistoffen en vaste stoffen.