Question

ما هي الكثافة ؟ كيف يتم قياس الكثافة؟

Answer 1

الكثافة

- الكثافة هي كتلة وحدة الحجوم من المادة عند درجة حرارة معينة. 

- ولأن المادة تتكون من جزيئات، فإن كثافة المادة تعتمد على كتلة الجزيئات والمسافات البينية بينها.

- قانون الكثافة :

- وحدة قياس الكثافة:

• جم / سم³ (g/cm³)
• كجم / م³ (Kg/m³)

- تعتمد كثافة المادة على:

• كتلة الجزيئات
• المسافات البينية بينها

كثافة الماء 

- كثافة الماء النقي عند درجة حرارة °4C تساوي 1g/cm³ أو 1000kg/m³ (بالوحدة الدولية للكثافة).

- تعتمد كثافة المادة على كتلة الجزيئات و المسافات البينية بينها لذلك تختلف كثافة الماء عند وجوده في حالاته الفيزيائية الثلاث.

الكثافة النسبية للمادة

- الكثافة النسبية للمادة هي النسبة بين كثافة مادة معينة وكثافة الماء النقي عند نفس درجة الحرارة.

- قانون الكثافة النسبية: 

- ليس للكثافة النسبية وحدة قياس ؛ لأنها نسبة بين كميتين متماثلتين (كثافة المادة وكثافة الماء ولكل منهما نفس وحدة القياس).

تأثير درجة الحرارة على كثافة الماء

(1) ارتفاع الحرارة عن °4C

- تنخفض الكثافة تدريجيًا.

- الروابط الهيدروجينية تبدأ بالتحلل بسبب زيادة الطاقة الحركية، فيتمدد الماء فيشغل حيز (حجم) أكبر مع ثبات الكتلة مما يؤدي إلى انخفاض الكثافة.

(2) عند °4C

- أعلى كثافة للماء تكون عند درجة حرارة °4C وتساوي 1g/cm³

- الروابط الهيدروجينية في توازن بين التماسك والتفكك ، مما يجعل الماء أكثر  كثافة وتكون الجزيئات أقرب ما يكون لبعضها البعض.

(3) انخفاض الحرارة عن °4C إلى °0C

- تنخفض الكثافة تدريجيًا.

- الروابط الهيدروجينية ترتب الجزيئات في هيكل بلوري مفتوح، مما يزيد من حجم الماء بسبب ترتيب الجزيئات في أشكال بلورية مع ثبات الكتلة مما يؤدي إلى انخفاض الكثافة.

قياس كثافة السوائل

- تقاس كثافة السوائل أو كثافتها النسبية بالهيدروميتر. 

- الهيدروميتر عبارة عن مستودع زجاجي مجوف محكم الغلق بجزء سفلي أوسع للطفو، يوجد فيه كرات من الرصاص (أو الزئبق) تساعد على الإتزان الرأسي 

- يتصل مستودعه بساق زجاجي طويل ذي قطر صغير مدرج بوحدات الكثافة بحيث يشير التدريج السفلي إلى أعلى كثافة يقيسها الهيدروميتر ويشير التدريج الأعلى إلى أدنى كثافة يقيسها الهيدروميتر بالشكل التالي:

مسائل محلولة على الكثافة

مثال (1): مكعب من الحديد كتلته 130جم وحجمه 15سم³ ، احسب كثافته؟

 الحل: 

الكتلة = 130 جم ، الحجم = 15 سم³

الكثافة = الكتلة ÷ الحجم = 130 ÷ 15 = 8.66 جم / سم³

مثال (2): احسب الكثافة النسبيّة للحليب، إذا علمت أنّ كثافته تُساوي 1.03 جم / سم³ وكثافة الماء 1 جم / سم³ 

الحل:

 كثافة الحليب = 1.03 جم / سم³ ، كثافة الماء = 1 جم / سم³

الكثافة النسبية للحليب = كثافة الحليب ÷ كثافة الماء

الكثافة النسبية للحليب = 1.03÷ 1 = 1.03

(3) علل: لماذا تعد الكثافة صفة مميزة للسائل عند ثبوت درجة الحرارة ؟

ج: لأنه لا يوجد سائلان لهما نفس الكثافة عند ثبوت درجة الحرارة، حيث تختلف السوائل في:

•  الكتلة الذرية
• المسافات البينية بين الذرات أو الجزيئات 
• وجود بعض الشوائب.  

(4) ما معنى قولنا أن: كثافة الماء النقي 1g/cm³ عند درجة حرارة °4C ؟ 

ج: أي أن : كتلة 1cm³ من الماء عند درجة حرارة °4C تساوي 1g.