وحدة قياس الكثافة

وحدة قياس الكثافة النوعية

الكثافة النوعية (بالإنجليزية: Specific Gravity)‏ وتعطى الرمز (SG). تعرف على أنها النسبة بين كثافة جسم ما (صلب أو مائع) وبين كثافة الماء في درجة حرارة 4 مئوية وتحت 1 ضغط جوي. تعد الكثافة النوعية بلا وحدات. الأجسام التي تزيد كثافتها النوعية عن واحد تعد أكثر كثافة من الماء وإذا تجاهلنا تأثير التوتر السطحي، سوف تغرق في الماء. أما تلك التي تساوي كثافتها النوعية واحد أول أقل فسوف تطفو على سطح الماء.

تعد الكثافة النوعية حالة خاصة أو في بعض الأحيان كمرادف للكثافة النسبية، وغالبا ما يفضل مصطلح الكثافة النسبية في الكتابات العلمية الحديثة. يعد استخدام الكثافة النوعية غير محبذ في المجالات العلمية التي تتطلب دقة عالية، فتستخدم الكثافة (بوحدات الكتلة للحجم).

يعبر عن الكثافة النوعية بالقانون التالي:

الكثافة النوعية = كثافة المادة / كثافة الماء.

{\displaystyle {\mbox{SG}}={\frac {\rho _{\mathrm {substance} }}{\rho _{\mathrm {H} _{2}\mathrm {O} }}}}

تختلف كثافة الماء حسب الحرارة والضغط، وغالبا ما يشار للكثافة النوعية عند درجة حرارة 4 مئوية وضغط طبيعي (1 ضغط جوي). يفضل استخدام كلا من هذه الحرارة والضغط لأن كثافة الماء تكون أكبر ما تكون في هذه الحالة وهى تساوي 1000 كجم/م³ في نظام الوحدات الدولي (62.43 رطل/قدم³ في نظام الوحدات الأمريكي.)

وحدة قياس الكثافة النسبية

الكثافة النسبية (بالإنجليزية: Relative density)‏ وتعرف أيضاً بالوزن النوعي هي صفة فيزيائية للأجسام تعبر عن العلاقة بين كتلتها الحجمية والكتلة الحجمية للماء الخالص الذي درجة حرارته 3,98 °C (و يستخدم الهواء بالنسبة للغازات).

معدل كثافة جسم ما يساوي كتلته الحجمية مقسومة على الكتلة الحجمية للماء، لذلك ليس للكثافة النسبية أي وحدة بل هي عبارة عن رقم مجرد يدل على نسبة وهناك أيضا الكثافة النوعية للمادة وهي ترمز إلى النسبة بين كثافة مادة معينة في درجة حرارة معينة إلى كثافة الماء في نفس درجة الحرارة أي باخذ كثافة الماء مقدار ثابت بالنسبة لكثافة المواد الأخرى…علما بان كثافة الماء العذب =1000كيلوجرام/متر مكعب

بما أن الكتلة الحجمية للماء في النظام الدولي تعادل 1.0 × 10³ كغ / م³ لذا فإن كثافة جسم ما تعادل كتلته الحجمية ب كغ/ م³ مقسومة على 1000 كغ/ م³.

يمكن أن تقاس الكتلة الحجمية أيضا ب غ / سم³ عندها تكون الكثافة مساوية تقريبا لتلك التي تستخدم وحدات النظام الدولي في حساب الكتل الحجمية.

بما أن الكتل الحجمية للأجسام تتغير بتغير درجة الحرارة فإن استخدام مصطلح الكثافة من دون تحديد درجات الحرارة التي تم عندها قياس الكتل الحجمية ليس دقيقا. لذا تم اعتماد طريقة أكثر دقة لتسجيل الكثافة وذلك على الشكل التالي:

8.15 : كثافة الجسم (بدون وحدة).

20C : هي درجة الحرارة التي تم عندها قياس الكتلة الحجمية للجسم.

4C : هي درجة الحرارة التي تم عندها قياس الكتلة الحجمية للماء.

غالبا ما تستخدم في حساب الكثافة كتل حجمية لكل من الجسم والماء مقاسة عند نفس درجة الحرارة.

وجد العلماء أن كثافة الهواء عند سطح الأرض تساوي 1 كيلوجرام تقريبا للمتر المكعب

يعتبر الماء مادة صعبة الضغط لذا يمكننا الوصول إلى كتلة حجمية ثابته(تعادل 1000 كغ/ م³) لا تتأثر بتغير درجة الحرارة عند تطبيق ضغط يصل لحوالي 4 جو اي ما يعادل 400 كيلو باسكال.

ملاحظة:

1 ضغط جوي = 101.325 كيلو باسكال

كثافة السوائل

ذكرنا آنفاً بأن كثافة المادة تُقاس بقسمة الكتلة على الحجم، وتعتبر وحدة قياس كثافة السوائل هي الغرام لكل سنتيمتر مكعب وتكتب على النحو جم/سم3، وتكتب باللغة الإنجليزية g/cm3, وكما تُقاس أيضاً بوحدة الكيلوغرام في المتر مكعب وتكتب كجم/م3 وتكتب بالإنجليزية على النحو Kg/m3. تتفاوت طريقة حساب كثافة السوائل علمياً عن كثافة المادة الصلبة، ويعزى السبب في ذلك إلى التباعد الكبير بين جزيئات المادة السائلة بشكل أكثر من الصلبة، وحتى يتم إيجاد قيمة كثافة السائل، لا بد من اتباع إحدى الطرق التالية، وهي:

• استخدام الميزان لقياس كتلة المادة السائلة.
• استعمال جهاز المخبار المدرّج.

قانون الكثافة d

الكثافة هي صفة فيزيائيّة للمادة، وتسمّى أيضاً بالكتلة الحجميّة، وتعبّر عن كتلة وحدة الحجم لمادة ما، وينص قانونها على أنّها الكميّة الناتجة عن قسمة الكتلة الكليّة لجسم ما على حجمه، ووحدتها عبارة عن وحدة الكتلة مقسومة على وحدة حجم، ومن أشهر وحداتها الغرام/ السنتيمتر مكعب (غم/سم3)، كما ويمكن التعبير عنها بوحدة كيلو غرام/متر مكعب (كغم/م3). ويعبّر عنها رياضيّاً ب:

ρ = m/V.

حيث إنّ:

ρ : رمز يعبر عن الكثافة.

m: الكتلة وتقاس بوحدة الغرام (غم).

V: الحجم ويقاس بسنتيمتر مكعب(سم 3).

الوزن = الحجم / الكثافة

– قانون قياس الكثافة :
إن الكثافة هي مصطلح يتم استخدامه كثيراً في كل من الفيزياء و الكيمياء ، و أحياناً يخلط الناس بينه و بين الوزن و الكتلة ، و قد وضع له العلماء قانون خاص به و هو (الكثافة = الكتلة ÷ الحجم) بمعنى آخر أن الكثافة تساوي مقدار المادة الموجودة في وحدة واحدة من الحجم ، و يتم التعبير عن الكثافة بالكيلوجرام أو الجرام لكل متر مكعب أو سنتيمتر مكعب أو لتر أو أي وحدة من وحدات الحجم .

كثافة الماء

تبلغ كثافة الماء غرام/ سم³، أي إنّ كتلة 1سم³ من الماء تساوي 1غم. تقاس كثافة السوائل عمليّاً عن طريق قياس كتلة السائل بالميزان أولاً، ثم قياس حجم السائل بالمخبار المدرج، ومن ثمّ إيجاد كثافة السائل حسابياً.