وحدة قياس الكثافة متعددة ومختلفة وقبل التعرف عليها بالتفصيل لابُد من التعرف على تعريف الكثافة وهو فالكثافة هي إحدى خواص المواد وهي تختلف من مادة لأخرى، الكثافة أيضًا هي العلاقة بين حجم الجسم وكتلته وتتضح اختلافات كثافة المادة إذا وضعت في الماء فمنها ما يطفوا على الماء ومنها ما يغرق ويختفي تحت الماء وهناك العديد من العوامل المساهمة في اختلاف الكثافة سوف نتعرف عليها خلال السطور القادمة عبر موقع زيادة.
وحدة قياس الكثافة
بداية من الضروري معرفة العوامل المساعدة على اختلاف الكثافة قبل التطرق إلى وحدة قياس الكثافة؛ هذه العوامل هي:
الكثافة المختلطة
- سببها اختلاف حالة الجزئيات التي تحتوي عليها المادة؛ فقد تتضمن المادة على جزيئات سائلة وغازية في نفس الوقت وهذا يؤثر على كثافة هذه المادة.
كتلة الذرة
- تتضمن بعض المواد بروتونات ونيوترونات أكثر من غيرها من المواد مما يؤدي إلى أن تصبح ذات كتلة كبيرة لأن كتلة البروتونات والنيوترونات أكبر من كتلة الإلكترونات؛ من أجل ذلك فإن المواد التي تتضمن إلكترونات أكثر من البروتونات والنيورونات تكون أقل في الكتلة.
قم بزيارة موقع زيادة للمزيد من المعلومات حول عن طريق الضغط على هذا الرابط: ما هو علم الفيزياء؟ وأثر التجارب الفيزيائية وقوانيه وأهميته
بنية الروابط الذرية وقوة ترابط الجزيئات
- يؤثر ارتباط الجزيئات ببعضها وكذلك ارتباط الذرات على التركيب البلوري للمادة مما يؤدي إلى زيادة أو قلة كثافة المادة؛ بمعنى أن الروابط الضعيفة عدد ذراتها في وحدة المساحة أقل من الروابط المحتوية على عدد ذرات أكبر.
وحدة قياس الكثافة لبعض المواد
- الثلج كثافته عند درجة الحرارة صفر سيليسوس يساوي 0.917 جرام لكل مللي.
- الماء عند درجة حرارة 4 سيليسوس فإن كثافته تساوي 1 جرام لكل مللي.
- الذهب كثافته تساوي 19.31 جرام لكل مللي
- خشب البلسا تقدر كثافته بـ 0.12 جرام لكل مللي
- كثافة الهيليوم عند درجة حرارة 25 سيليسيوس تساوي 0.000164 جرام لكل مللي
- الدهون في جسم الإنسان كثافته تساوى 0.94 جرام لكل مللي.
- الهواء الجاف كثافته عن وصول درجة الحرارة إلى 25 سيلسيوس تساوي 0.001185 جرام لكل مللي.
- كثافة سكر المائدة تساوي 159 جرام لكل مللي.
- الفلين تقدر كثافته ما بين 0.22 – 0.26 جرام لكل مللي.
- الزئبق تبلغ كثافته 13.5 جرام لكل مللي.
- الأرض تقدر كثافتها بـ 5.54 جرام لكل مللي.
- تقدر كثافة خشب الصنوبر بما يتراوح ما بين 0.35 – 0.50 جرام لكل مللي.
- تبلغ كثافة الحديد 7.80 جرام لكل مللي
- تقدر كثافة الملح بـ 2.16 جرام لكل مللي
- كثافة الألومنيوم فهي تبلغ 2.70 جرام لكل مللي.
يرشح لك موقع زيادة الاطلاع على: ما هي الكثافة وما هو قانون الكثافة واهميتها والعوامل المؤثرة فيها
قانون وحدة قياس الكثافة
- وحدة قياس الكثافة لا يمكن احتسابها بشكل مباشر ولكن يجب أن يتم قياسها من خلال قانون رياضي هو: الكثافة = الكتلة ÷ الحجم، فإن كان وحدة الكتلة بالكيلو ووحدة الحجم بالمتر المكعب فهذا يعني أن وحدة الكثافة هي كيلو جرام لكل متر مكعب وهذا على حسب النظام الدولي للوحدات أما الوحدات الأكثر شهرة للكثافة فهي جرام لكل مللي أو جرام لكل لتر.
ما هو تأثير درجة الحرارة على الكثافة
- لا توجد قاعدة ثابتة لتأثير درجة الحرارة علي الكثافة، القاعدة الغالبة في معظم الحالات أن المواد الغازية كثافتها قليلة بشكل دائم، وبعدها في درجة الكثافة المواد السائلة والمواد الصلبة هي الأكثر كثافة ولكن في بعض الأحيان تكون كثافة المواد السائلة أكبر من مواد صلبة أخرى.
- يمكن أن يتم ربط علاقة درجة الحرارة بالطاقة الحركية للذرات أو الجزيئات الموجودة في المادة الصلبة والمادة السائلة عمومًا وربط درجة الحرارة بشكل طردي مع الحجم بالنسبة للمواد الغازية.
كيف تؤثر درجة الحرارة على وحدة قياس الكثافة للماء النقي
- تقل كثافة الماء كلما ارتفعت درجة الحرارة بسبب وجود طاقة حركية أكبر للجزيئات مما أدى إلى إشغال جزيئات الماء النقي حيزًا أكبر مع ارتفاع درجة الحرارة.
ما هو تأثير درجة الحرارة على كثافة السوائل النقية
- السوائل التي تشكل روابط هيدروجينية مع نفسها مثل سائل الإيثانول النقي لا يتضمن بنية الشبكات ثلاثية الأبعاد مثلما تحتوي عليها المياه لذلك فإن كثافة هذا السائل تقل كلما انخفضت درجة الحرارة بعكس الماء وتعد معظم السوائل النقية بنفس سلوك الإيثانول.
التطبيقات التي تستخدم فيها الكثافة
- يستطيع العالم من معرفته بقانون الكثافة أن يتعرف على قيمة الكثافة لجسم أو لمادة معينة مثل بطارية السيارة ونسبة شحنها – على سبيل المثال – الكشف عن الأمراض التي تتعلق بفحص الدم نظرًا لأن الدم له قيمة كثافة محددة وزيادة هذه القيمة تعد مؤشرًا على أن كرات الدم الحمراء زائدة مما يعني إصابة الفرد بمرض ما مثل التهابات المفاصل أو الجفاف.
- يذكر أن العالم اليوناني أرشميدس هو الذي اكتشف مبدأ الكثافة الذي يستخدم في الحياة بكثرة مثل معرفة نتائج تفاعل المواد مع بعضها؛ فمثلا لو وضع الخشب على الماء فإنه يطفو لقلة كثافته عن الماء ولكن إذا وضع الحديد فإنه يغطس في الماء لارتفاع كثافته عن كثافة الماء.
- يمكن التعرف على حركة المواد والغازات الموجودة في الغلاف الجوي من خلال دراسة وحدة قياس الكثافة لكل مادة ومعرفة قيمة كثافتها.
- السفن والغواصات وتحديد الأجسام التي تطفو فوق الماء أم لا، وقد طبق البشر قوانين الكثافة على السفن بجعل خزانات تحمل الهواء بحجم كبير وكتلة صغيرة حتى تصبح السفينة كثافتها أقل لكي تطفو فوق الماء أما الخزانات فإنها تغوص تحت الماء لتفرغ الهواء الذي خزنته ثم تطفو مرة أخرى للامتلاء مرة ثانية.
- تسرب النفط الذي تقدر كثافته أقل من كثافة الماء لذلك فهو يطفو فوق الماء وبذلك يسهل تنظيفه حتى لا يضر البيئة.
- أنظمة السباكة التي تستفيد من معرفة قيمة الكثافة بمعرفة تدفق السوائل عبر الأنابيب من خلال معادلة برنولي التي تستخدم لمفهوم الحفاظ على الطاقة والنتيجة أن سرعة السوائل وضغطها وارتفاعها تتأثر بكثافة هذا السائل وهذا يساعد المهندسون في تصميم السدود ومشاريع السباكة ذات النطاق الواسع.
- توزيع وزن الطائرة من خلال معادلة برنولي أيضًا التي تشرح قدرة الطائرة على الطيران بالرغم من أنها ترتكز أولا على الضغط والسرعة وليس الكثافة؛ فبالرغم من ذلك فإن للكثافة تلعب دورًا إضافيًا في الطيران يكمن في توزيع الوزن على متنها.
العوامل التي تؤثر على قيمة الكثافة ووحدة قياس الكثافة
درجة الحرارة
- كلما ارتفعت تصبح جزيئاته ذات طاقة أعلى مما يجعلها تبتعد عن بعضها وبهذا يزيد حجم المادة وتقل قيمة كثافتها؛ يعنى ذلك أن العلاقة بين الحجم ودرجة الحرارة طردية أما بينها وبين قيمة الكثافة فإنها تكون عكسية.
الضغط
- إذا تعرض الجسم لضغط عالي فإن ذلك يؤدي إلى اقتراب جزيئاته من بعضها مما يقلل حجمه ويزيد قيمة كثافته؛ مما يعني أن العلاقة بين الضغط والحجم عكسية أما بينه وبين قيمة الكثافة فإنها طردية.
ومن هنا سنتعرف على: طريقة حساب المتر المربع وما هي وحدة قياس المساحة
كيف يتم حساب كثافة مادة ما
ذكرنا في السطور السابقة أن قانون الكثافة هو: الكثافة = الكتلة / الحجم وهذا يعني ما يلي:
- لو كان مكعب من السكر وزنه 11.2 جرام ومقاسه 2 سم لضلعه الواحد فإن حساب كثافته يكون بعد الحصول على حجم هذا المكعب من خلال طول الضلع تكعيب؛ أي 2 ×2×2 = 8 وبذلك فإن حجم المكعب يساوي 8 سم وبهذا يمكن احتساب الكثافة كما يلي: الكثافة = 11.2 × 8 = 1.4 جرام لكل سنتيمتر مكعب.
- إذا وجد محلول من الماء والملح بمقدار 25 جرامًا من الملح وضعوا في 250 مللي من الماء فكيف يتم احتساب كثافة الماء المملح؟ إذا كانت كثافة الماء = 1 جرام / مللي؛ من الضروري في البداية احتساب كتلة وحجم الماء المالح بالطريقة التالية:
- كتلة الماء = كثافة المياه × حجمها أي أن 1 × 250 = 250 جرام؛ وبهذا فإن كتلة الماء المخلوط بالملح فإنه يساوي كتلة الملح + كتلة الماء أي 25 + 250 = 275 جرامً وهذا يعني أن كثافة المياه المالحة تساوي المياه المالحة / حج الماء = 275/ 250 = 1.1 جرامًا لكل مليمتر مكعب.
ولا يفوتك التعرف على ما ورد عبر موضوع: قانون الحجم في الفيزياء وقياساتهم والفرق بينهم والحجم والكتلة والكثافة
ذكرنا في السطور السابقة وحدة قياس الكثافة والعوامل التي تؤثر على قياس الكثافة وكيفية تأثير الحرارة سواءً على الماء النقي أو السوائل مثل سائل الإيثانول النقي، كما أوضحنا قيمة كثافة بعض المواد سواء كانت سائلة أو غازية أو صلبة.