ما هي الكثافة، من المعروف أن كل مادة موجودة وتشغل حيز من الفراغ لها كتلة وحجم وتشغل حيز من الفراغ يكون لها كثافة، حيث أن كثافة المادة هي خاصية من الخواص الفيزيائية وتكون عبارة عن الكتلة الموجودة في كل وحدة حجم، وقد تم اكتشاف الكثافة من قبل العالم أرشميدس، وفي هذا المقال سوف نقوم بتوضيح ما هي الكثافة وما هو قانونها وأهم العوامل التي تؤثر على الكثافة، وبما أن الكثافة هي خاصية فيزيائية فسوف نقوم أولا بتعريف ما هي الخواص الفيزيائية الخاصة بالمادة تابعنا من خلال موقعنا زيادة .
إقرأ أيضًا: بحث كامل عن الحركة الدورانية في الفيزياء
الخصائص الفيزيائية للمادة
- يتم تعريف المادة باعتبارها أي شيء له كتلة ويأخذ مساحة من الفراغ، ومن الممكن أن تكون المادة صلبة أو سائلة أو غازية.
- جميع المواد الموجودة حتى الأن يتم تصنيفها من خلال معرفة خصائصها الفيزيائية التي يمكن معرفتها بمجرد النظر وخواصها الكيميائية.
- هناك بعض الخواص الفيزيائية الخاصة بالمادة والتي من الصعب معرفتها بمجرد النظر ولكن تحتاج إلى التجربة والبعض الآخر من الممكن معرفته بالعين المجردة.
- الخاصية الفيزيائية عبارة عن خاصية من الممكن معرفتها أو قياس تلك الخواص من دون أن يحدث تغيير في شكل وهيئة المادة، حيث أنه من الممكن أن أن يتم استخدام وصف أو مزيج من مجموعة من المواد النقية والخالية من الشوائب، ويرجع ذلك لأن تلك المواد النقية يكون لها هيئة واحدة وتركيبة معينة وغير قابلة للتغيير، مما يعني أن الخصائص الفيزيائية لهذه المواد تكون ثابتة وغير قابلة للتغيير.
- من أبرز الأمثلة على الخصائص الفيزيائية للمادة هي المساحة اللون والكتلة والكثافة والتركيز والتردد والكفاءة والسعة والطول والشحنة الكهربائية وغيرها من الأمثلة.
إقرأ أيضًا: اول امرأة حصلت على جائزة نوبل وكانت في الفيزياء “ماري كوري”
ما هي الكثافة
- حتى يتم تعريف معنى الكثافة بطريقة صحيحة من اللازم أولا تعريف ما هي الكتلة والحجم، فالكتلة هي مقدار ما يحتويه الجسم من المادة ويتم قياس الكتلة بوحدة الجرام (جم) أو الكيلوجرام (كج)، ومن الممكن قياس الكتلة باستخدام الميزان، أما بالنسبة للحجم فهو الحيز الذي تستطيع المادة أن تشغله ويتم قياس حجم المادة بوحدة قياس سم3 أو م3.
- من الممكن تعريف الكثافة الخاصة بأي مادة على كونها هي الكتلة الخاصة بكل وحدة حجم، وهذا يعني أن كل مادة لها كثافة خاصة بها.
- هناك تعريف أخر للكثافة على أنها النسبة المحسوبة بين الكتلة والحجم، حيث أن الكثافة تعتبر مقياس معين لمعرفة مقدار امتلاء مادة معينة في وحدة حجم الكثافة، ووحدة حجم الكثافة هي المتر مكعب أو السنتيمتر مكعب.
- تعتبر الكثافة مقياس محدد لكيفية ترتيب الجزيئات المتلاصقة مع بعضها البعض، وكلما كانت الجزيئات متقاربة من بعضها البعض أدى ذلك إلى ارتفاع الكثافة.
- يمكن تعريف الكثافة على أنها خاصية فيزيائية تخص المادة حيث أن كل عنصر وكل مركب يمتلك كثافته الخاصة والتي تكون مرتبطة به.
- الكثافة تعتبر خاصية مميزة لجميع المواد، بغض النظر عن كون تلك المادة صلبة أو مادة سائلة أو مادة غازية.
- يقوم العلماء باستخدام الكثافة بصورة كبيرة وبشكل دائم، فإن هناك رمز رياضي معين خاص بالكثافة ورمزها الرياضي عبارة عن حرف يوناني وهو حرف ال p.
- هناك وحدة خاصة بالكثافة، ووحدة الكثافة هي حجم في كل متر مكعب، وقد قام العالم أرخميدس باكتشاف مبدأ وتعريف الكثافة.
إقرأ أيضًا: أنواع التفاعلات الكيميائية الرئيسية بشكل عام
قانون الكثافة
- قام العالم اليوناني الشهير أرخميدس باكتشاف الكثافة وهو الذي أطلق عليها هذا المصطلح، بجانب أنه أيضا قام بوضع قانون رياضي يساعد على حساب الكثافة الخاصة بالمادة.
- يمكن حساب الكثافة الخاصة بأي مادة من خلال معرفة الكتلة التي تزنها المادة ومعرفة ما هو حجم تلك المادة، حيث أن الكثافة تعادل كتلة المادة المقسومة على حجمها.
- على حسب قانون حساب الكثافة (ث= ك/ح)، نكون بحاجة إلى معرفة متغيرين من تلك المعادلة وذلك حتى يتم حساب المتغير الثالث (ث).
- هناك شكل أخر وصورة أخرى للقانون حتى يمكن الكتلة الخاصة بالمادة وهو (ك= ث X ح).
- حتى نستطيع حساب الحجم إذا كان هو المجهول في المعادلة يتم استخدام القانون التالي (ح= ك/ث).
- الرموز السابقة تعبر على ما يأتي: ك تعبر عن حجم المادة، ث تعبر عن كثافة المادة، ح تعبر عن حجم المادة.
إقرأ أيضًا: سرعة التفاعلات الكيميائية وتقسيم التفاعلات الكيميائية حسب سرعتها
استخدامات الكثافة
من أكثر الاستخدامات التي تخص الكثافة يمكن تلخيصها فيما يأتي:
- معرفة كيف يتم تفاعل المواد مع بعضها البعض ويكون ذلك عند خلطها مع بعضها، ومثال لذلك تستطيع مادة الخشب أن تطفو على الماء ويرجع ذلك بسبب أن كثافة الخشب أقل من كثافة الماء.
- المثال الآخر للكثافة عند وضع قضيب من الحديد في الماء فإنه يغرق داخل الماء وذلك لأن كثافة قضيب الحديد أعلى من كثافة الماء.
- يتم وضع العوامات في خزانات الماء وذلك لأن العوامات تستطيع أن تطفو على الماء لأن كثافة العوامة تعتبر أقل من كثافة الهواء.
- مثال آخر للكثافة، عندما يقوم سائق السيارة بالذهاب إلى ميكانيكي السيارات وذلك بهدف فحص الزيوت الموجودة فيها، سيقوم الميكانيكي بوضع بعض الزيوت داخل مقياس الهيدروميتر، وذلك لأن هذا المقياس يحتوي بداخله على العديد من الأشياء لمعايرة الزيوت وقياسها ويستطيع بعضها أن يطفو في الزيت، وعن طريق مقياس الهروميتر من الممكن تحديد كثافة الزيوت الموجودة داخل السيارة وهذا يساعد الميكانيكي أو مختص السيارات في تحديد ما إذا كان الزيت يحتاج إلى تغييره أم أنه ما زال صالحا للاستخدام.
- يوجد بعض التغيرات التي تحدث في كثافة المادة، وتعتبر تلك التغيرات مفيدة ومن أشهر الأمثلة على ذلك عند حدوث تغيرات كيميائية تؤدي إلى إنتاج طاقة، ومثال لذلك بعض البطاريات تقوم بإنتاج مادة كيميائية وذلك عندما يحدث اجتماع الحمض مع الرصاص مما يؤدي إلى إلى انخفاض في كثافة المحلول، وعند القيام بقياس تلك الكثافة من الممكن معرفة الكمية الباقية من الشحنات الموجودة بداخل تلك البطارية، كما أن الكثافة لها العديد من الاستخدامات في مجال الفيزياء والهندسة والطقس وغيرها من المجالات.
إقرأ أيضًا: اثار التفاعلات الكيميائية علي البيئة وطرق التقليل من تلوث البيئة
العوامل التي تؤثر على الكثافة
بعد ذكر قانون الكثافة من اللازم الاستنتاج أن الكثافة تعتمد اعتماد أساسي على كتلة المادة وحجمها، حيث أن حجم المادة يعتبر متغير وبالتالي فإن الكثافة تتغير بتغير الحجم، وذلك لأن العلاقة بين الحجم والكثافة علاقة عكسية فكلما زاد حجم المادة قلت كثافتها والعكس، وأهم العوامل التي تؤثر على الكثافة:
- الضغط: حيث أن جزيئات المادة تقترب وتلتصق مع بعضها البعض بزيادة الضغط عليها وذلك لأن الجسم عندما يتم ضغطه فإنه يقل في الحجم، ومن المعروف أن الحجم يدخل في تناسب عكسي مع الكثافة والضغط لذلك فإنه بزيادة الضغط تزداد الكثافة والعكس.
- الحرارة: عند تسخين جسم ما فإن حرارته تزداد وبالتالي تتحرك جزيئاته وتبتعد عن بعضها، مما يؤدي إلى زيادة حجمه، ومن المعروف أن الحجم يدخل في تناسب طردي مع الحرارة وعكس مع الكثافة.
إقرأ أيضًا: تعريف الطاقة الكهربائية وما هي آليات توليد الطاقة الكهربائية
في النهاية يجب التوضيح أن الكثافة مهمة جدا وسؤال ما هي الكثافة من الممكن الإجابة عليها بأنها هي الكتلة الخاصة بوحدة الحجم، والعوامل التي تتوقف عليها الكثافة هي الحرارة والضغط.