هل الكثافة خاصية فيزيائية

كتابة: علا علي آخر تحديث: 23 نوفمبر 2022 , 15:16

الكثافة خاصية فيزيائية

نعم الكثافة خاصية فيزيائية

تتكون المادة من جسيمات صغيرة تسمى الذرات ويمكن تمثيلها أو تفسيرها على أنها شيء يشغل مساحة. يجب أن تعرض خصائص الكتلة والحجم.

الخصائص هي الخصائص التي تمكننا من التمييز بين مادة وأخرى، الخاصية الفيزيائية هي سمة للمادة تكون مستقلة عن تركيبها الكيميائي.

الكثافة واللون والصلابة ونقاط الانصهار والغليان والتوصيل الكهربائي كلها أمثلة على الخصائص الفيزيائية للمادة.

تعتبر أي خاصية يمكن قياسها ، مثل كثافة الجسم واللون ،والكتلة والحجم والطول والقابلية للتطويع ، ونقطة الانصهار ، والصلابة ، والرائحة ، ودرجة الحرارة ، وغير ذلك من خصائص المادة. [1]

لماذا تعد الكثافة خاصية فيزيائية مهمة للمواد

تعد الكثافة مفهوم مهم لأنها :

 تتيح لنا تحديد المواد التي ستطفو وما هي المواد التي ستغرق عند وضعها في سائل.

 بشكل عام تطفو المواد طالما أن كثافتها أقل من كثافة السائل الذي توضع فيه، ولهذا السبب تغرق حتى الصخور الصغيرة بينما تطفو الأشياء الخشبية  حتى جذوع الأشجار الكبيرة.

أيضًا تعتبر الكثافة مهمة في تحديد طفو المواد في النيران، وكذلك في مقارنة المواد وفي بعض القياسات الفيزيائية الأخرى.

ولولا اكتشاف العلماء لمفهوم الكثافة لما وجدت بعض الاختراعات الحديثة.

تطبيقات على الكثافة

الغواصة

  • اختراع الغواصة يعد من أهم التطبيقات العلمية للكثافة.
  • فمن المعرف أن الفولاذ أكثر كثافة من الماء، ومع ذلك  يمكن لغواصة تزن عدة أطنان أن تطفو، حيث تستفيد الغواصة من المجال الجوي الموجود بداخلها حيث يتم استخدامه لجعل الكثافة الغواصة أقل من كثافة الماء حتى ستبقى طافية على سطح الماء.
  • لكن عند الرغبة في إنزال الغواصة أسفل سطح الماء يفتح قبطان هيكل موجود داخل الغواصة للسماح بدخول الماء ويؤدي إلى غمر الغواصة في الماء، وبمجرد إطلاق الماء أو ضخه خارج هيكل الغواصة، تعود إلى السطح مرة أخرى ، وهذا ما يسمى نظام الصابورة.

مصابيح الحركة السائلة

  • أيضًا من الاختراعات التي اعتمدت على مفهوم الكثافة ، ما يعرف باسم  ” مصابيح الحركة السائلة”.
  • تتكون هذه المصابيح من وعاء من الماء يوضع فيه سائل زيتي عضوي ملون لا يختلط بالماء، وبالتالي يشكل مرحلة ثانية.
  • يكون تكوين الطور الزيتي بحيث تكون كثافته أكبر بقليل من كثافة الماء في درجة حرارة الغرفة، لذلك يركز الزيت عادة في قاع الحاوية.
  •  عندما يتم تشغيل المصباح ، يقوم مصدر حرارة مثل مصباح متوهج مخفي في قاعدة الحاوية بتسخين الزيت الموجود بالأسفل، هذا يقلل من كثافته إلى قيمة أقل من الماء .
  •  مما يتسبب في ارتفاع كتل الزيت إلى أعلى الحاوية، فيصبح بعيدًا عن مصدر الحرارة، وبالتالي يبرد الزيت فيهبط أسفل الماء مرة أخرى، لتكرار الدورة.
  • وخلال تلك الحركة ترتفع نقاط وتنخفض مع حركة الزيت. [2]

طريقة قياس كثافة المادة

كثافة كمية من المادة هي كتلتها مقسومة على حجمها،  عند درجة حرارة صفر درجة مئوية وعند ضغط جوي واحد.

معادلة الكثافة

كثافة المادة هي كتلتها مقسومة على حجمها، ومعادلة الكثافة هي:

ρ = m / v

حيث أن :

  • ρ  رو تمثل الكثافة (ρ هو الحرف اليوناني rho)
  • m هي كتلة المادة
  • V هو حجم المادة

لأحظ أن حجم المادة يتأثر بدرجة حرارتها وضغطها على المادة، وبالتالي ، يمكن أن تتغير الكثافة باختلاف درجات الحرارة والضغوط.

لاحظ أيضًا أن الكتلة ليست وزنًا وهي كتلة تتأثر بالجاذبية، وفي ظل نفس ظروف الضغط ودرجة الحرارة ، تكون كثافة المادة هي نفسها على الأرض والقمر والمريخ ، على الرغم من اختلاف الوزن بسبب قوى الجاذبية المختلفة.

وحدة قياس الكثافة

  • الوحدة القياسية للكثافة هي كجم / م 3.
  • عندما تكون الكثافة كبيرة  مثل حالة المواد الصلبة يمكن تحديد الوحدات المترية للكثافة بالجرام لكل سنتيمتر مكعب جم / سم 3.
  •  وكذلك يمكن استخدام وحدة كجم / لتر و رطل / قدم 3.
  • تحدد كثافة الغازات عادةً بالكيلو جرام / م 3.
  •  بينما يتم تحديد كثافة السوائل والمواد الصلبة بوحدة جرام / سم 3.

كثافة بعض المواد

تتراوح كثافة المواد المختلفة من 19.3 جم / سم 3 للذهب إلى 0.09 كجم / م 3 للهيدروجين.

كثافة بعض المواد مقاسة جم / سم 3:

  • الذهب 19.3
  •  الحديد 7.8
  •  الألومنيوم 2.7
  •  الجليد (الماء عند درجة مئوية) 0.92
  •  الزئبق 13.6
  •  مياه البحر 1.03.2007
  •  الماء (عند 5 درجة مئوية) 1.00
  •  كحول الإيثيل 0.81

كثافة الغازات مقاسه ب كجم / م 3:

  • الهواء (0 درجة مئوية) 1.29
  •  الهواء (10 درجة مئوية) 1.25
  •  الهيدروجين (0 درجة مئوية) 0.090
  •  الهيليوم (0 درجة مئوية) 0.178

يمكنك من خلال معرفة كثافة المواد أن تلاحظ أن مياه البحر أكثر كثافة قليلاً من الماء النقي، و هذا هو السبب في أن الأشياء تطفو في مياه البحر بشكل أفضل من الماء العادي.

يمكنك أيضًا ملاحظة أن الهواء الأكثر دفئًا أقل كثافة من الهواء البارد، وهذا هو سبب ارتفاع الهواء الدافئ. الهليوم أقل كثافة من الهواء ، مما يتسبب في ارتفاع بالونات الهيليوم.

أيضًا فإن كثافة الزيت تكون أكبر من كثافة الماء لذلك في حالة انسكاب النفط في المحيط ، يرتفع الزيت إلى الأعلى ويؤدي لتكون بقعة زيت على سطح المحيط.

اترك تعليقاً

لن يتم نشر عنوان بريدك الإلكتروني.

زر الذهاب إلى الأعلى