محتويات
ما الفرق بين الكثافة و الكتلة الحجمية
الفرق بين الكثافة و الكتلة الحجمية يمكن بأكثر من نقطة، فعلى الرغم من أن الكُتلة الحَجمية والكَثافة وجهان لعملة واحدة، وكلاهما مفهوم مرتبط بكتلة الجسم إلا أن هناك نقاط اختلاف فيما بينها، وهذه النقاط هي:
- المادة التي يقيسها.
- شيوع المصطلح.
المادة التي يقيسها: الكُتلة الحَجمية تقيس حجم المادة في السائل، بينما الكَثافة تقيس هي كتلة المادة الصلبة الخام، وقانون الحساب يرمز للكتلة الحجمية بالرمز ρ، تقرأ rho، تقاس وفقاً للقانون ρ = m ÷ V، بحيث تكون m هي كتلة المادة وV هو الحجم الذي تشغله، تقاس الكُتلة الحَجمية عن طريق كتلة الجسم في حجم معين من المادة.
شيوع المصطلح: الكتلة الحجمية ليس مصطلح شائع الاستخدام في الفيزياء والهندسة، بل هو مصطلح يشير إلى خاصية معينة لحجم معين، نحو توزيع الكتلة أو الشحنة أو الطاقة داخل الحجم، على سبيل المثال: الكُتلة الحَجمية تشير إلى مقدار الشحنة الكهربائية في وحدة ما بالفضاء، الكثافة مصطلح أكثر شيوعاً في الفيزياء والرياضيات أيضاً. [1]
هل الكثافة هي نفسها الكتلة الحجمية
نعم، الكثافة هي نفسها الكتلة الحجمية.
وهي مقياس مقدار الكتلة الموجودة في حجم محدد للمادة، يتم التعبير عنها بوحدات الكتلة لكل وحدة حجم مثل جرام لكل سنتيمتر مكعب، وكيلو جرام لكل متر مكعب، وتختلف كثافة المواد تبعاً لحالتها الفيزيائية.
فالغازات مثلاً أقل كثافة من السوائل، والسوائل أقل كثافة من المواد الصلبة، وذلك لأن المواد يزداد فيها تزاحم الجزيئات في وحدة الحجم الواحدة.
وتكون أقل تزاحماً في السوائل، وتتباعد الجزيئات في الغازات وتكون حرة الحركة، وفق قوانين الكثافة والكتلة والحجم تعتمد الكثافة على خاصيتين أساسيتين لهما الأثر الواضح فيها وهما الكتلة والحجم.
أما الكتلة فهي ثابتة لا تحدث أي تغيير في المادة، بينما الحجم هو العامل المتغير ويتأثر بالعوامل الخارجية المؤثرة في المادة وترتبط الكثافة بالحجم بعلاقة عكسية حيث أنه كلما زاد الحجم قلت الكثافة.
ولعل الضغط والحرارة أهم العوامل المؤثرة في الكثافة، حيث أن العلاقة بين الحرارة والكثافة عكسية، وكذلك الحال بالنسبة لعلاقة الكثافة بالضغط هي عكسية. [2]
العلاقة بين الكثافة والكتلة
إن العلاقة بين الكثافة والكتلة طردية كلما زادت الكتلة تزداد الكثافة حتماً، والعكس صحيح.
يعد الكتلة والكثافة مفهومان مهمان في علم الفيزياء، تعبر الكتلة عن كمية المادة، وهي كمية عددية يمكن قياسها.
بالجرام (جم)، أو بالكيلو جرام (كجم)، وتتميز الكتلة بميزة جوهرية وهي الثبات بغض النظر عن الجاذبية والعوامل الخارجية، وتعبر الكثافة عن المقارنة بين كتلة الجسم أو المادة بحجمها، فهي مقياس مقدار الكتلة في حجم معين من المادة.
والكثافة توفر المعلومات الكافية حول تماسك الجسم أو المادة ضمن مساحة معينة، فمثلاً يوجد كتلة من الحديد كتلتها 2000 جرام g، وتحتل مساحة تبلغ 200 سنتيمتر مكعب cm3، تكون كثافته ناتج قسمة الكتلة على الحجم، أي 2000 g جرام / 200 cm3 سنتيمتر مكعب = 10 جرام g / سنتيمتر مكعب cm3.
والكثافة تعبر عن مقدار الكتلة التي الموجودة ضمن كل وحدة حجم، ومن ذلك يتوصح ما سبق الحديث عنه إن الكثافة توفر المعلومات عن تماسك الجسم في مساحة محددة. [3]
العلاقة بين الكثافة والكتلة
إن العلاقة بين الكثافة والحجم هي عكسية.
حيث أن الكتلة والحجم ليسا متساويين، ويمكن القول بالنسبة لكتلة ثابتة أنه بازدياد الحجم تقل الكثافة، وبزيادة الكثافة يقل الحجم، ويمكن استنتاج ذلك من خلال قانون الكثافة الذي يقول أن الكثافة هي حاصل قسمة الكتلة على الحجم، ويشار إليها بالمعادلة الرياضية (ρ= m/ v).
وحتى تتضح طبيعة العلاقة بين الكثافة والحجم لا بد من معرفة مصطلح كل منهما، حيث أن الكثافة تشير الى مقدار كتلة الجسم ضمن حجمه وتكون الكثافة مرتفعة في المعادن والمواد الصلبة، وأقل من ذلك في السوائل، وتنخفض في الغازات، في حين يشير الحجم إلى المساحة المحصورة في مساحة مغلقة ثلاثية الأبعاد. [4]
قانون الكثافة
قانون الكثافة هو الكثافة = الكتلة ÷ الحجم.
يمكن إيجاد كثافة جسم باستخدام هذا القانون، الكثافة مصطلح مستخدم في الفيزياء والكيمياء، وفي بعض الأحيان يخلط بينه وبين الكتلة والوزن، وتعبر الكثافة عن مقدار المادة الموجودة في وحدة واحدة من الحجم.
أما وحدة القياس فهي الكيلو جرام kg أو الجرام g لكل متر مكعب، أو سنتيمتر مكعب أو لتر، وفي القانون السابق يشار إلى الكثافة بالحرف اليوناني (ρ) التي تقرأ rho kg/ m3، والكتلة يرمز لها بالرمز(m) وواحدتها كيلو جرام kg.
أما الحجم يرمز له بالرمز (v)، وواحدته كيلو جرام بالمتر المكعب kg/ m3، وفيما يلي نورد مسألة نموذجية نستعرض من خلالة طريقة تطبيق قانون الكثافة:
- السؤال: ما هي كثافة قالب ملح مقاس مقاس 10.0 سنتيمتر × 10.0 سنتيمتر × 2.0 سنتيمتر، ووزن 433 جرام.
- الجواب: لدينا الكتلة معلومة وهي (433)، لا بد من معرفة حجم قالب الملح (v)، ويكون ذلك من خلال المعادلة الرياضية التالية: الحجم = الطول × العرض × السُمك.
- الحجم V=10.0×10.0×2.0=200.0، V=200.0.
- وبعد أن أصبح لدينا كل من الكتلة والحجم معلوم نطبق قانون الكثافة v = 10.0 سنتيمتر × 10.0 سنتيمتر × 2.0 سنتيمتر، v = 200.0 سنتيمتر 3.
- الآن بعد أن حصلت على الكتلة والحجم، احسب الكثافة كما يلي: ρ=m/v، ρ=433/200 ،ρ=2.165.
- الكثافة = 2.165 kg/ m3. [3]
الكتلة الحجمية للزيت
إن الكتلة الحجمية لمعظم الزيوت تتراوح ما بين 700 و 950 كيلوجرام في المتر المكعب الواحد، متر مكعب (kg/ m3).
في حين تشير كثافة الزيوت إلى مقدار الكتلة لكل وحدة حجم من الزيت، وهي عبارة عن خاصية فيزيائية تبين وزن حجم محدد من الزيت، ويعبر عن كثافة الزيوت بالجرام لكل سنتيمتر مكعب (جم/سم³)، أو بالكيلوجرام لكل لتر (كجم/لتر)، وهناك طرق عديدة لقياس كثافة الزيت، ولعل الطريقة الأكثر شيوعاً هي استخدام مقياس كثافة السوائل أو مقياس الكثافة.
ويتم القياس من خلال وزن عينة مأخوذة من الزيت، ويحدد الحجم بواسطة معدات معينة ومتخصصة، ثم يطبق قانون قياس الكثافة المذكور سابقاً، ومع التطور التقني أصبح الحصول على نتائج دقيقة لقياس الكثافة أمر متاحاً. [5]
الكثافة هي كمية المادة الموجودة في وحدة الحجم