– Остальные учащиеся решают самостоятельно задачи на листочках. Записываем число, самостоятельная работа и номер варианта.

1-й вариант:
Лодку подтягивают канатом к большому теплоходу. Почему движение теплохода в направлении лодки незаметно?

2-й вариант:
У берега находится тяжелогруженая лодка и такая же лодка без груза. С какой лодки легче спрыгнуть на берег? Почему?

3-й вариант:
Два мальчика на коньках, оттолкнувшись руками друг от друга, поехали в противоположные стороны со скоростями 5 м/с и 3 м/с. Масса какого мальчика больше и во сколько раз?

4-й вариант:
Мальчик прыгает с лодки на берег. Как будут различаться скорости мальчика и лодки, если масса лодки 90 кг, а мальчика 45 кг?

– Как определить массу бруска с помощью линейки? (Варианты учащихся.)
– Давайте сделаем вывод: от чего зависит масса тела? (От объема и вещества.)
– Есть характеристика, которая одинакова у тел, состоящих из одного вещества. Её называют плотностью.

III. Изучение нового материала.

Записываем в тетрадях тему урока “Плотность вещества”.

– Для выяснения и определения формулы плотности вернемся к экспериментальным заданиям, которые проводили…(фамилии).
– Проанализируем полученный результат: чем больше масса тела в одинаковом объеме, тем плотность….(больше).
– Рассмотрим пример. Оконное стекло имеет объем 2 м³, а его масса равна 5000 кг. Определите массу оконного стекла в 1 м³ (показываю небольшой квадратик оконного стекла).
– Нам известно, что стекло объемом 2 м³ имеет массу 5000 кг. Значит масса стекла объемом 1 м³ равна…(2500 кг). Таким образом, мы рассчитали плотность оконного стекла. Она равна 2500 кг на 1 м³.
– Откройте стр. 50 учебника и найдите по таблице, чему равна плотность оконного стекла.
– Значит, как можно рассчитать плотность, зная массу и объем? (Варианты учащихся.)
– Формулируем определение плотности: Плотность – физическая величина, равная отношению массы тела к его объёму. Обозначается греческой буквой ρ (ро). Записываем определение и формулу в тетрадь.
– Давайте вместе выведем единицы измерения плотности из формулы.
– В какой основной единице измеряется масса? (в кг)
– а объем? (м³)
– Значит единица измерения плотности – кг/м³
– Кто скажет, что показывает плотность, каков ее физический смысл?
– Физический смысл плотности следующий: плотность показывает, чему равна масса вещества, взятого в объеме 1 м³ (или 1 см³)
– Например, плотность редкого металла осмия равна 22 600 кг/м³. Что это означает? (масса вещества осмия, взятого в 1 м³, равна 22 600 кг)
– Итак, с какой величиной вы познакомились сегодня на уроке?
– Что такое плотность? (Плотность – физическая величина, равная отношению массы тела к его объему.)
– В каких единицах измеряется плотность? (кг/м³, г/см³)
– Каков физический смысл плотности? (Плотность показывает, чему равна масса вещества, взятого в объеме 1 м³ (или 1 см³).)

IV. Закрепление изученного материала.

– Откройте стр. 41 в рабочей тетради, задание 2 (Один учащийся решает у доски.)

Мраморная плита имеет объём 3 м³, а её масса 8100 кг. Определите плотность мрамора.

   ^{– Откройте стр. 50–51 учебника и найдите в таблице плотность льда, воды, и водяного пара в кг/м3. Сравните плотности. Почему плотность одного и того же вещества в твердом, жидком и газообразном состояниях различна? (На 1 м3 приходится разная масса вещества.)}

Занимательный опыт:

– Нальем в измерительный стакан воду, опустим туда стальной шарик, пробковый шарик и чеснок. Почему стальной шарик тонет, а остальные всплывают на поверхность? Добавим растительное масло. Объясните, почему чеснок находится между водой и маслом?
– На чашках уравновешенных весов лежат кубики. Одинаковы ли плотности веществ, из которых сделаны кубики?

Рис. 1

Ответ: (ρ₁< ρ₂).

V. Озвучивание домашнего задания.

– § 21, рабочая тетрадь, стр. 41, упр. 2 и упр. 3

VI. Рефлексия.

– Перед вами кружочки красного, желтого, зеленого цветов. Те из вас, кто понял тему урока, поднимают зеленый кружочек; те, кто понял частично – желтый; те, кто совсем ничего не понял – красный.

Литература:

1. Рабочая тетрадь по физике: 7 класс: к учебнику А. В. Пёрышкина “Физика 7 класс”/ Р. Д. Минькова, В. В. Иванова. – 2-е изд., стереотип. – М.: Издательство “Экзамен”, 2010. – 142, [2] с.
2. Сборник задач по физике: 7–9 кл.: к учебникам А. В. Пёрышкина и др. “Физика. 7 класс”, “Физика. 8 класс”, “Физика. 9 класс”/ А. В. Пёрышкин; Сост. Н. В. Филонович.-5-е изд., стереотип. – М.: Издательство “Экзамен”, 2010. – 190, [2].
3. Тематическое и поурочное планирование по физике: 7 класс: К учебнику А. В. Перышкина “Физика. 7 класс”/ Р. Д. Минькова, Е. Н. Панаиоти. – 2-е изд.-М.: Издательство “Экзамен”, 2004. – 127, [1] с.: ил.
4. Физика. 7 кл.: учеб.для общеобразоват. учреждений/А. В. Пёрышкин. – 14-е изд., стереотип. – М. Дрофа, 2010. – 192 с.:ил.
5. Чеботарева А. В. Тесты по физике: 7 класс: к учебнику А. В. Перышкина “Физика. 7 класс: учеб. для общеобразоват. учреждений”/ 3-е изд., стереотип.-М.: Издательство “Экзамен”, 2010. – 159 с.

Физика. Плотность и масса | 7 класс Онлайн

Конспект по физике для 7 класса «Плотность и масса». ВЫ УЗНАЕТЕ: Что такое плотность вещества. Как определить плотность вещества, зная его массу и объём. Какова единица плотности в СИ. ВСПОМНИТЕ: Что такое масса тела? Что такое объём тела?

Конспекты по физике    Учебник физики    Тесты по физике

Плотность и масса

В окружающем нас мире встречаются тела, имеющие массы от очень маленьких до огромных. От чего же зависит масса тела? Наш жизненный опыт подсказывает, что шарик, сделанный из ваты, легче, чем шарик того же размера из металла. Почему?

ЭКСПЕРИМЕНТ ПО СРАВНЕНИЮ МАССЫ ТЕЛ

При помощи весов сравним массы двух цилиндров из железа, имеющих разные объёмы. Опыт показывает, что масса большого цилиндра больше массы маленького цилиндра. Следовательно, масса тела зависит от его объёма.

Теперь сравним массы двух цилиндров, имеющих равные объемы, но изготовленных из разных материалов (например, из железа и алюминия). Опыт показывает, что масса цилиндра из железа больше массы цилиндра из алюминия. Следовательно, масса тела зависит от вещества, из которого оно состоит.

Тела с равными массами, но изготовленные из разных веществ имеют разные объёмы.

Результаты поставленного эксперимента объясняются тем, что разные вещества имеют разную плотность.

ПЛОТНОСТЬ

Плотность показывает, чему равна масса вещества в единице объёма (например, в 1 м³ или в 1 см³). Как найти плотность вещества?

Например, известно, что сосновый брусок объёмом 2 м³ имеет массу 800 кг. Тогда брусок объёмом 1 м³ будет иметь массу в 2 раза меньшую, т. е. 400 кг. Таким образом, плотность сосны равна 400 кг на 1 м³.

Итак, если известны масса тела и его объём, можно определить плотность.

Плотность — это физическая величина, равная отношению массы тела к его объёму. Плотность принято обозначать греческой буквой ρ (читается «ро»).

ЕДИНИЦЫ ПЛОТНОСТИ

В Международной системе единиц (СИ) за единицу плотности принимают килограмм на кубический метр (1 кг/м³). На практике также используют единицу грамм на кубический сантиметр (1 г/см³):

Если известно, что в 1 см³ содержится 1,35 г мёда, то для того, чтобы подсчитать, сколько килограммов меда содержится в кубическом метре, надо 1,35 умножить на 1000. Таким образом, плотность мёда равна 1350 кг/м³.

Так как все вещества состоят из атомов, то масса любого тела должна зависеть от массы атомов и от того, насколько плотно «упакованы» атомы и молекулы в веществе.

Плотность вещества можно определить, умножив массу одной молекулы на их количество, содержащееся в 1 м³. Современные приборы позволяют достаточно точно определить массу одной молекулы. Используя это значение, а также зная массу единицы объема вещества, можно определить количество молекул в единице объёма. Таким способом определено, что в 1 м³ чистой воды содержится 3,34*10²⁸ молекул.

Молекулы вещества находятся на разном расстоянии друг от друга в газообразном, жидком и твёрдом агрегатном состоянии. Их количество в единице объема сильно различается, следовательно, будет различаться и плотность. Это объясняет, например, почему плотность вещества в жидком состоянии превышает его плотность в газообразном состоянии.

ПЛОТНОСТИ ВЕЩЕСТВА ДЛЯ РАЗЛИЧНЫХ АГРЕГАТНЫХ СОСТОЯНИЙ

Плотность одного и того же вещества в твёрдом, жидком и газообразном состояниях различна. Плотность вещества зависит от внешних условий. Например, плотность газов существенно зависит от температуры.

Вы смотрели Конспект по физике для 7 класса «Плотность и масса»: Что такое плотность вещества. Как определить плотность вещества, зная его массу и объём. Какова единица плотности в СИ.
Вернуться к Списку конспектов по физике (В оглавление).

Пройти онлайн-тест «Физика 7 класс: Масса и плотность»

Плотность вещества | Физика

Тела, изготовленные из разных веществ, при одинаковых объемах имеют разные массы. Например, железо объемом 1 м³ имеет массу 7800 кг, а свинец того же объема — 13000 кг.

Физическую величину, показывающую, чему равна масса вещества в единице объема (т. е., например, в одном кубическом метре или в одном кубическом сантиметре), называют плотностью вещества.

Чтобы выяснить, как найти плотность данного вещества, рассмотрим следующий пример. Известно, что льдина объемом 2 м³ имеет массу 1800 кг. Тогда 1 м³ льда будет иметь массу, в 2 раза меньшую. Разделив 1800 кг на 2 м³, получим 900 кг/м³. Это и есть плотность льда.

Итак, чтобы определить плотность вещества, надо массу тела разделить на его объем:Обозначим величины, входящие в это выражение, буквами:

m — масса тела, V — объем тела, ρ — плотность тела (ρ—греческая буква «ро»).

Тогда формулу для вычисления плотности можно записать в следующем виде:Единицей плотности в СИ является килограмм на кубический метр (1 кг/м³). На практике плотность вещества выражают также в граммах на кубический сантиметр (г/см³). Для установления связи между этими единицами учтем, что

1 г = 0,001 кг, 1 см³ = 0,000001 м³.

ПоэтомуПлотность одного и того же вещества в твердом, жидком и газообразном состоянии различна. Например, плотность воды равна 1000 кг/м³, льда — 900 кг/м³, а водяного пара (при 0⁰ С и нормальном атмосферном давлении) – 0,59 кг/м³.

Таблица 3

Плотности некоторых твердых тел

Таблица 4

Плотности некоторых жидкостей

Таблица 5

Плотности некоторых газов

(Плотности тел, указанные в таблицах 3-5, вычислены при нормальном атмосферном давлении и при температуре для газов 0 0C, для жидкотей и твердых тел при 20 ⁰C.)

1. Что показывает плотность? 2. Что надо сделать, чтобы определить плотность вещества, зная массу тела и его объем? 3. Какие единицы плотности вы знаете? Как они соотносятся друг с другом? 4. Три кубика – из мрамора, льда и латуни – имеют одинаковый объем. Какой из них имеет наибольшую массу, какой – наименьшую? 5. Два кубика – из золота и серебра – имеют одинаковую массу. Какой из них имеет больший объем? 6. У какого из цилиндров, изображенных на рисунке 22, больше плотность? 7. Масса каждого из тел, изображенных на рисунке 23, равна 1 т. У какого из них меньше плотность?

Плотность | Физика

Цели обучения

К концу этого раздела вы сможете:

• Определите плотность.
• Рассчитайте массу резервуара по его плотности.
• Сравните и сопоставьте плотности различных веществ.

Что весит больше: тонна перьев или тонна кирпичей? Эта старая загадка играет с различием между массой и плотностью. Тонна — это, конечно, тонна; но кирпичи имеют гораздо большую плотность, чем перья, и поэтому мы склонны думать о них как о более тяжелых.(См. Рисунок 1.)

Рис. 1. Тонна перьев и тонна кирпичей имеют одинаковую массу, но перья составляют гораздо большую кучу, потому что они имеют гораздо меньшую плотность.

Плотность , как вы увидите, важная характеристика веществ. Это очень важно, например, при определении того, тонет ли объект в жидкости или плавает. Плотность — это масса единицы объема вещества или объекта. В форме уравнения плотность определяется как

[латекс] \ rho = \ frac {m} {V} \\ [/ latex],

, где греческая буква ρ (ро) обозначает плотность, м — массу, а V — объем, занимаемый веществом.

Плотность — это масса единицы объема.

[латекс] \ rho = \ frac {m} {V} \\ [/ latex],

, где ρ — символ плотности, м — масса, а V — объем, занимаемый веществом.

В загадке о перьях и кирпичах массы те же, но объем, занимаемый перьями, намного больше, так как их плотность намного меньше. Единица измерения плотности в системе СИ — кг / м ³ , характерные значения приведены в таблице 1.{3} \ text {или} \ text {г / мл} \ right) \\ [/ latex] Твердые вещества Жидкости Газы Алюминий 2,7 Вода (4ºC) 1.000 Воздух 1,29 × 10 ⁻³ Латунь 8,44 Кровь 1.05 Двуокись углерода 1,98 × 10 ⁻³ Медь (в среднем) 8.8 Морская вода 1.025 Окись углерода 1,25 × 10 ⁻³ Золото 19,32 Меркурий 13,6 Водород 0,090 × 10 ⁻³ Чугун или сталь 7,8 Спирт этиловый 0,79 Гелий 0,18 × 10 ⁻³ Свинец 11,3 Бензиновый 0.68 Метан 0,72 × 10 ⁻³ Полистирол 0,10 Глицерин 1,26 Азот 1,25 × 10 ⁻³ Вольфрам 19,30 Оливковое масло 0,92 Закись азота 1,98 × 10 ⁻³ Уран 18,70 Кислород 1,43 × 10 ⁻³ Бетон 2.30–3,0 Пар (100º C) 0.60 × 10 ⁻³ Пробка 0,24 Стекло обычное (среднее) 2,6 Гранит 2,7 Земная кора 3,3 Дерево 0,3–0,9 Лед (0 ° C) 0,917 Кость 1,7–2,0

Как видно из таблицы 1, плотность объекта может помочь определить его состав.Плотность золота, например, примерно в 2,5 раза больше плотности железа, что примерно в 2,5 раза больше плотности алюминия. Плотность также кое-что говорит о фазе материи и ее субструктуре. Обратите внимание, что плотности жидкостей и твердых тел примерно сопоставимы, что согласуется с тем фактом, что их атомы находятся в тесном контакте. Плотность газов намного меньше, чем у жидкостей и твердых тел, потому что атомы в газах разделены большим количеством пустого пространства.

Кучка сахара и кучка соли выглядят очень похоже, но что весит больше? Если объемы обеих стопок одинаковы, любая разница в массе связана с их разной плотностью (включая воздушное пространство между кристаллами).Как вы думаете, какая плотность больше? Какие ценности вы нашли? Какой метод вы использовали для определения этих значений?

Пример 1. Расчет массы резервуара по его объему

Водохранилище имеет площадь 50,0 км ² и среднюю глубину 40,0 м. Какая масса воды удерживается за плотиной? (См. Рис. 2, где показан вид на большое водохранилище — плотину «Три ущелья» на реке Янцзы в центральном Китае.)

Объем резервуара V можно рассчитать исходя из его размеров, а плотность воды ρ найти в таблице 1.Тогда массу м можно найти из определения плотности

[латекс] \ rho = \ frac {m} {V} \\ [/ латекс]. {2} \ right) \ left (\ text {40.{\ text {12}} \ text {kg} \ end {array} \\ [/ latex].

Большой резервуар содержит очень большую массу воды. В этом примере вес воды в резервуаре составляет мг = 1,96 × 10 ¹³ Н, где g — это ускорение силы тяжести Земли (около 9,80 м / с ² ). Разумно спросить, должна ли плотина обеспечивать силу, равную этому огромному весу. Ответ — нет. Как мы увидим в следующих разделах, сила, которую должна придать плотина, может быть намного меньше веса воды, которую она сдерживает.

Рисунок 2. Плотина Три ущелья в центральном Китае. После завершения строительства в 2008 году она стала крупнейшей в мире гидроэлектростанцией, вырабатывающей электроэнергию, эквивалентную мощности, вырабатываемой 22 атомными электростанциями средней мощности. Бетонная плотина имеет высоту 181 м и ширину 2,3 км. Протяженность водохранилища, образованного этой плотиной, составляет 660 км. Создание водохранилища привело к перемещению более 1 миллиона человек. (кредит: Le Grand Portage)

Сводка раздела

Концептуальные вопросы

1.Примерно как плотность воздуха меняется с высотой?

2. Приведите пример, в котором плотность используется для идентификации вещества, составляющего объект. Потребуется ли информация в дополнение к средней плотности для идентификации веществ в объекте, состоящем из более чем одного материала?

3. На рис. 3 показан стакан с ледяной водой, наполненный до краев. Будет ли вода переливаться, когда лед тает? Поясните свой ответ.

Рисунок 3.

Задачи и упражнения

1.Золото продается тройскими унциями (31,103 г). Каков объем 1 тройской унции чистого золота?

2. Ртуть обычно поставляется в колбах по 34,5 кг (около 76 фунтов). Каков объем в литрах такого количества ртути?

3. а) Какова масса глубокого вдоха объемом 2,00 л? б) Обсудите влияние такого вдоха на объем и плотность вашего тела.

4, Простой метод определения плотности объекта — измерить его массу, а затем измерить его объем, погрузив его в градуированный цилиндр.Какова плотность камня весом 240 г, вытесняющего 89,0 см ³ воды? (Обратите внимание, что точность и практическое применение этого метода более ограничены, чем у множества других, основанных на принципе Архимеда.)

5. Предположим, у вас есть кофейная кружка с круглым поперечным сечением и вертикальными сторонами (равномерный радиус). Каков его внутренний радиус, если он вмещает 375 г кофе при заполнении на глубину 7,50 см? Предположим, кофе имеет ту же плотность, что и вода.

6.(a) Прямоугольный бензобак вмещает 50,0 кг бензина в полном объеме. Какова глубина резервуара, если его ширина 0,500 м, длина 0,900 м? (b) Обсудите, имеет ли этот бензобак разумный объем для легкового автомобиля.

7. Уплотнитель мусора может уменьшить объем его содержимого до 0,350 от первоначального значения. Если пренебречь массой вытесненного воздуха, во сколько раз увеличивается плотность мусора?

8. Стальная канистра для бензина на 2,50 кг вмещает 20,0 л бензина в полном объеме.Какова средняя плотность полной канистры с газом с учетом объема, занятого сталью, а также бензином?

9. Какова плотность 18-каратного золота, состоящего из 18 частей золота, 5 частей серебра и 1 части меди? (Эти значения являются массовыми частями, а не объемом.) Предположим, что это простая смесь, имеющая среднюю плотность, равную взвешенным плотностям ее составляющих.

10. Между атомами в твердых телах и жидкостях относительно мало пустого пространства, так что средняя плотность атома примерно такая же, как у материи в макроскопическом масштабе — приблизительно 10 ³ кг / м ³ .Ядро атома имеет радиус примерно 10 ^-5 радиуса атома и содержит почти всю массу всего атома. а) Какова приблизительная плотность ядра? (б) Один остаток сверхновой, называемый нейтронной звездой, может иметь плотность ядра. Каким был бы радиус нейтронной звезды с массой в 10 раз больше, чем у нашего Солнца (радиус Солнца 7 × 10 ⁸ )?

Глоссарий

плотность:

Масса единицы объема вещества или предмета

Избранные решения проблем и упражнения

1.1,610 см ³

3. (а) 2,58 г (б) Объем вашего тела увеличивается за счет объема вдыхаемого вами воздуха. Средняя плотность вашего тела уменьшается, когда вы делаете глубокий вдох, потому что плотность воздуха значительно меньше, чем средняя плотность тела до того, как вы сделали глубокий вдох.

4. 2,70 г / см ³

6. (a) 0,163 м (b) Эквивалент 19,4 галлона, что является разумным

8. 7.9 × 10 ² кг / м ³

9.15,6 г / см ³

10. (а) 10 ¹⁸ кг / м ³ (б) 2 × 10 ⁴ м

Сводка — Гипертекст по физике

• … эластичность
• плотность
• давление…

Нет постоянных условий.

1. Механика
   1. Кинематика
      1. Движение
      2. Расстояние и перемещение
      3. Скорость и скорость
      4. Разгон
      5. Уравнения движения
      6. Свободное падение
      7. Графики движения
      8. Кинематика и расчет
      9. Кинематика в двух измерениях
      10. Снарядов
      11. Параметрические уравнения
   2. Динамика I: Сила
      1. Силы
      2. Сила и масса
      3. Действие-реакция
      4. Масса
      5. Динамика
      6. Статика
      7. Трение
      8. Силы в двух измерениях
      9. Центростремительная сила
      10. Кадры справки
   3. Энергия
      1. Работа
      2. Энергия
      3. Кинетическая энергия
      4. Потенциальная энергия
      5. Сохранение энергии
      6. Мощность
      7. Простые машины
   4. Dynamics II: Импульс
      1. Импульс и импульс
      2. Сохранение импульса
      3. Импульс и энергия
      4. Импульс в двух измерениях
   5. Вращательное движение
      1. Кинематика вращения
      2. Инерция вращения
      3. Вращательная динамика
      4. Статика вращения
      5. Угловой момент
      6. Энергия вращения
      7. Прокатный
      8. Вращение в двух измерениях
      9. Сила Кориолиса
   6. Планетарное движение
      1. Геоцентризм
      2. Гелиоцентризм
      3. Вселенская гравитация
      4. Орбитальная механика I
      5. Гравитационная потенциальная энергия
      6. Орбитальная механика II
      7. Плотность вытянутых тел
   7. Периодическое движение
      1. Пружины
      2. Генератор простых гармоник
      3. Маятники
      4. Резонанс
      5. Эластичность
   8. Жидкости
      1. Плотность
      2. Давление
      3. Плавучесть
      4. Расход жидкости
      5. Вязкость
      6. Аэродинамическое сопротивление
      7. Режимы потока
2. Теплофизика
   1. Тепло и температура
      1. Температура
      2. Тепловое расширение
      3. Атомная природа вещества
      4. Закон о газе
      5. Кинетико-молекулярная теория
      6. Фазы
   2. Калориметрия
      1. Явное тепло
      2. Скрытое тепло
      3. Химическая потенциальная энергия
   3. Теплопередача
      1. Проводимость
      2. Конвекция
      3. Радиация
   4. Термодинамика
      1. Тепло и работа
      2. Диаграммы давление-объем
      3. Двигатели
      4. Холодильники
      5. Энергия и энтропия
      6. Абсолютный ноль
3. Волны и оптика
   1. Волновые явления
      1. Природа волн
      2. Периодические волны
      3. Интерференция и суперпозиция
      4. Интерфейсы и барьеры
   2. Звук
      1. Природа звука
      2. Интенсивность
      3. Эффект Доплера (звук)
      4. Ударные волны
      5. Дифракция и интерференция (звук)
      6. Стоячие волны
      7. ударов
      8. Музыка и шум
   3. Физическая оптика
      1. Природа света
      2. Поляризация
      3. Эффект Доплера (световой)
      4. Черенковское излучение
      5. Дифракция и интерференция (свет)
      6. Тонкопленочная интерференция
      7. Цвет
   4. Геометрическая оптика
      1. Отражение
      2. Преломление
      3. Зеркала сферические
      4. Сферические линзы
      5. Аберрация
4. Электричество и магнетизм
   1. Электростатика
      1. Электрический заряд
      2. Закон Кулона
      3. Электрическое поле
      4. Электрический потенциал
      5. Закон Гаусса
      6. Проводников
   2. Электростатические приложения
      1. Конденсаторы
      2. Диэлектрики
      3. Батареи
   3. Электрический ток
      1. Электрический ток
      2. Электрическое сопротивление
      3. Электроэнергия
   4. цепей постоянного тока
      1. Резисторы в цепях
      2. Батареи в цепях
      3. Конденсаторы в цепях
      4. Правила Кирхгофа
   5. Магнитостатика
      1. Магнетизм
      2. Электромагнетизм
      3. Закон Ампера
      4. Электромагнитная сила
   6. Магнитодинамика
      1. Электромагнитная индукция
      2. Закон Фарадея
      3. Закон Ленца
      4. Индуктивность
   7. цепей переменного тока
      1. Переменный ток
      2. RC цепи
      3. Цепи РЛ
      4. Цепи LC
   8. Электромагнитные волны
      1. Уравнения Максвелла
      2. Электромагнитные волны
      3. Электромагнитный спектр
5. Современная физика
   1. Теория относительности
      1. Пространство-время
      2. Масса-энергия
      3. Общая теория относительности
   2. Quanta
      1. Излучение черного тела
      2. Фотоэффект
      3. Рентгеновские снимки
      4. Антиматерия
   3. Волновая механика
      1. Волны материи
      2. Атомарные модели
      3. Полупроводники
      4. Конденсированные вещества
   4. Ядерная физика
      1. Изотопы
      2. Радиоактивный распад
      3. Период полураспада
      4. Энергия связи
      5. Деление
      6. Fusion
      7. Нуклеосинтез
      8. Ядерное оружие
      9. Радиобиология
   5. Физика элементарных частиц
      1. Квантовая электродинамика
      2. Квантовая хромодинамика
      3. Квантовая динамика вкусов
      4. Стандартная модель
      5. Помимо стандартной модели
6. Фонды
   1. квартир
      1. Международная система единиц
      2. Гауссова система единиц
      3. Британо-американская система единиц
      4. Разные единицы
      5. Время
      6. Преобразование единиц
   2. Измерение
      1. Значащие цифры
      2. По порядку величины
   3. Графики
      1. Графическое представление данных
      2. Линейная регрессия
      3. Подгонка кривой
      4. Исчисление
   4. Векторы
      1. Тригонометрия
      2. Сложение и вычитание векторов
      3. Векторное разрешение и компоненты
      4. Умножение векторов
   5. ссылку
      1. Специальные символы
      2. Часто используемые уравнения
      3. Физические константы
      4. Астрономические данные
      5. Периодическая таблица элементов
      6. Люди в физике
7. Назад дело
   1. Предисловие
      1. Об этой книге
   2. Связаться с автором
      1. гленнелерт.нас
      2. Behance
      3. Instagram
      4. Твиттер
      5. YouTube
   3. Аффилированные сайты
      1. hypertextbook.com
      2. midwoodscience.org

Что такое плотность — Физика | Определение и расчет

Плотность определяется как масса на единицу объема . Это интенсивное свойство , которое математически определяется как масса, разделенная на объем:

ρ = m / V

На словах плотность (ρ) вещества — это общая масса (m) этого вещества. деленное на общий объем (V), занимаемый этим веществом.Стандартная единица СИ составляет килограммов на кубический метр ( кг / м ³ ). Стандартная английская единица — фунта массы на кубический фут ( фунт / фут ³ ).

Плотность (ρ) вещества обратно пропорциональна его удельному объему (ν).

ρ = m / V = ​​1 / ρ

Удельный объем — это интенсивная переменная , тогда как объем — обширная переменная. Типичные плотности различных веществ при атмосферном давлении.

Стандартная единица измерения удельного объема в системе СИ — кубические метры на килограмм (м ³ / кг). Стандартная единица английской системы — кубический фут на фунт массы (фут ³ / фунт).

Изменения плотности

Влияние температуры на плотность жидкостей и твердых тел также очень важно. Большинство веществ расширяются при нагревании и сжимаются при охлаждении . Однако степень расширения или сжатия варьируется в зависимости от материала.Это явление известно как тепловое расширение . Изменение объема материала, который претерпевает изменение температуры, определяется следующим соотношением:

где ∆T — изменение температуры, V — исходный объем, ∆V — изменение объема и α _V — это коэффициент объемного расширения .

Следует отметить, что из этого правила есть исключения. Например, вода отличается от большинства жидкостей тем, что становится менее плотной по мере замерзания .Он имеет максимальную плотность при 3,98 ° C (1000 кг / м ³ ), тогда как плотность льда составляет 917 кг / м ³ . Он отличается примерно на 9%, и поэтому ледяные поплавки на жидкой воде

Ускорение теплоносителя в активной зоне реактора

Это иллюстративный пример, следующие данные не соответствуют ни одной конструкции реактора. расходов в реакторе. Это иллюстративный пример, данные не отражают конструкцию реактора.

Реакторы с водой под давлением охлаждаются и замедляются жидкой водой под высоким давлением (например, 16 МПа). При таком давлении вода закипает примерно при 350 ° C (662 ° F). Температура воды на входе около 290 ° C (~ 720 кг / м ³ ). Вода (теплоноситель) нагревается в активной зоне реактора примерно до 325 ° C (~ 654 кг / м ³ ), когда вода протекает через активную зону.

Первичный контур типичных PWR разделен на 4 независимых контура (диаметр трубопровода ~ 700 мм), каждый контур включает парогенератор и один главный насос охлаждающей жидкости.Внутри корпуса реактора высокого давления (КР) теплоноситель сначала течет вниз за пределы активной зоны реактора (через сливной стакан). Со дна сосуда высокого давления поток направляется вверх через активную зону, где температура хладагента увеличивается на , когда он проходит через топливные стержни и сборки, образованные ими.

Рассчитать:

• Потеря давления из-за ускорения теплоносителя в изолированном топливном канале

при

• скорость потока на входе в канал равна 5.17 м / с
• скорость потока на выходе из канала равна 5,69 м / с

Решение:

Тогда потеря давления из-за ускорения теплоносителя в изолированном топливном канале составляет:

Этот факт имеет важные последствия. Из-за разной относительной мощности тепловыделяющих сборок в активной зоне эти тепловыделяющие сборки имеют разное гидравлическое сопротивление , и это может вызвать локальный боковой поток теплоносителя первого контура, что необходимо учитывать при теплогидравлических расчетах.

См. Также: Как плотность влияет на реактивность реактора

Самые плотные материалы на Земле

Поскольку нуклонов ( протонов и нейтронов ) составляют большую часть массы обычных атомов, плотность нормального вещества имеет тенденцию быть ограничивается тем, насколько плотно мы можем упаковать эти нуклоны, и зависит от внутренней атомной структуры вещества. самый плотный материал , обнаруженный на Земле, — это металлический осмий , но его плотность бледнеет по сравнению с плотностями экзотических астрономических объектов, таких как белые карликовые звезды и нейтронные звезды .

Список наиболее плотных материалов:

1. Осмий — 22,6 x 10 ³ кг / м ³
2. Иридий — 22,4 x 10 ³ кг / м ³
3. Платина — 21,5 x 10 ³ кг / м ³
4. Рений — 21,0 x 10 ³ кг / м ³
5. Плутоний — 19,8 x 10 ³ кг / м ³
6. Золото — 19,3 x 10 ³ кг / м ³
7. Вольфрам — 19,3 x 10 ³ кг / м ³
8. Уран — 18.8 x 10 ³ кг / м ³
9. Тантал — 16,6 x 10 ³ кг / м ³
10. Ртуть — 13,6 x 10 ³ кг / м ³
11. Родий — 12,4 x 10 ³ кг / м ³
12. Торий — 11,7 x 10 ³ кг / м ³
13. Свинец — 11,3 x 10 ³ кг / м ³
14. Серебро — 10,5 x 10 ³ кг / м ³

Следует отметить, что плутоний является искусственным изотопом и создается из урана в ядерных реакторах.Но на самом деле ученые обнаружили следы природного плутония.

Если мы включим антропогенные элементы, то самым плотным пока является Калий . Калий — химический элемент с символом Hs и атомным номером 108. Это синтетический элемент (впервые синтезированный в Хассе в Германии) и радиоактивный. Самый стабильный известный изотоп, ²⁶⁹ Hs , имеет период полураспада примерно 9,7 секунды. Его расчетная плотность составляет 40.7 x 10 ³ кг / м ³ . Плотность калия является результатом его высокого атомного веса и значительного уменьшения ионных радиусов элементов в ряду лантанидов, известных как лантанид и сокращение актинида .

За плотностью калия следует Meitnerium (элемент 109, названный в честь физика Лиз Мейтнер), который имеет расчетную плотность 37,4 x 10 ³ кг / м ³ .

Плотность — важное свойство защиты от гамма-излучения

Короче говоря, эффективное экранирование гамма-излучения в большинстве случаев основано на использовании материалов с двумя следующими свойствами:

• высокая плотность материал.
• материал с высоким атомным номером (материалы с высоким Z)

Однако материалы с низкой плотностью и материалы с низким Z можно компенсировать увеличенной толщиной, которая так же важна, как плотность и атомный номер в экранировании.

Свинец широко используется в качестве гамма-защиты. Основным преимуществом свинцового экрана является его компактность за счет более высокой плотности. С другой стороны, обедненный уран намного более эффективен из-за его более высокого Z. Обедненный уран используется для защиты в портативных источниках гамма-излучения.

В атомных электростанциях защита активной зоны реактора может быть обеспечена материалами корпуса реактора, внутренних устройств реактора (отражателя нейтронов). Также тяжелый бетон обычно используется для защиты от нейтронов и гамма-излучения.

Плотность различных материалов — Примеры

Плотность воды — Удельный объем

ρ = m / V = ​​1 / ν

Удельный объем (ν) вещества — это общий объем (V) этого вещества, деленный на общую массу (m) этого вещества (объем на единицу массы).Он имеет единицы кубический метр на килограмм ( ^м3 / кг).

Плотность тяжелой воды

Это различие вызвано тем, что ядро ​​дейтерия вдвое тяжелее ядра водорода . Поскольку около 89% молекулярной массы воды приходится на один атом кислорода, а не на два атома водорода, масса молекулы тяжелой воды существенно не отличается от массы нормальной молекулы воды.Молярная масса воды M (H ₂ O) = 18,02, а молярная масса тяжелой воды M (D ₂ O) = 20,03 (каждое ядро ​​дейтерия содержит один нейтрон в отличие от ядра водорода), поэтому тяжелая вода (D ₂ O) имеет плотность примерно на 11% больше (20,03 / 18,03 = 1,112).

Чистая тяжелая вода (D ₂ O) имеет максимальную плотность 1106 кг / м ³ при температуре 11,6 ^o C (52.9 ^o F). Кроме того, тяжелая вода отличается от большинства жидкостей тем, что становится менее плотной при замерзании . Его максимальная плотность составляет 11,6 ^o C (1106 кг / м ³ ), тогда как плотность твердого льда составляет 1017 кг / м ³ . Следует отметить, что изменение плотности не является линейным с температурой, потому что объемный коэффициент теплового расширения для воды не является постоянным во всем температурном диапазоне.

Плотность пара

Плотность (⍴) любого вещества обратно пропорциональна его удельному объему ().

ρ = m / V = ​​1/

Удельный объем () вещества — это общий объем (V) этого вещества, деленный на общую массу (м) этого вещества (объем на единицу массы). Он имеет единицы кубический метр на килограмм ( ^м3 / кг).

Плотность стали

Плотность стали варьируется в зависимости от легирующих компонентов, но обычно составляет от 7,5 x 10 ³ кг / м ³ до 8 x 10 ³ кг / м ³ .

Плотность циркония

Плотность урана

Металлический уран — один из самых плотных материалов на Земле:

1. Осмий — 22,6 x 10 ³ кг / м ³
2. Иридий — 22,4 x 10 ³ кг / м ³
3. Платина — 21,5 x 10 ³ кг / м ³
4. Рений — 21,0 x 10 ³ кг / м ³
5. Плутоний — 19,8 x 10 ³ кг / м ³
6. Золото — 19,3 x 10 ³ кг / м ³
7. Вольфрам — 19.3 x 10 ³ кг / м ³
8. Уран — 18,8 x 10 ³ кг / м ³
9. Тантал — 16,6 x 10 ³ кг / м ³
10. Ртуть — 13,6 x 10 ³ кг / м ³
11. Родий — 12,4 x 10 ³ кг / м ³
12. Торий — 11,7 x 10 ³ кг / м ³
13. Свинец — 11,3 x 10 ³ кг / м ³
14. Серебро — 10,5 x 10 ³ кг / м ³

Но в большинстве LWR используется урановое топливо , которое находится в форме диоксида урана .Диоксид урана — это черный полупроводник с очень низкой теплопроводностью. С другой стороны, диоксид урана имеет очень высокую температуру плавления и хорошо известное поведение.

Двуокись урана имеет значительно меньшую плотность, чем уран в металлической форме. Диоксид урана имеет плотность 10,97 г / см ³ , но это значение может изменяться в зависимости от выгорания топлива, поскольку при низком выгорании может происходить уплотнение окатышей, а при более высоком выгорании — набухание.

Плотность ядерной материи

Ядерная плотность — это плотность ядра атома.Это отношение массы к единице объема внутри ядра. Поскольку атомное ядро ​​несет большую часть массы атома, а атомное ядро ​​очень мало по сравнению со всем атомом, ядерная плотность очень высока.

Ядерная плотность для типичного ядра может быть приблизительно рассчитана по размеру ядра и его массе. Типичные радиусы ядер составляют порядка 10 ⁻¹⁴ м . Предполагая сферическую форму, радиусы ядер можно рассчитать по следующей формуле:

r = r ₀ .A ^1/3

, где r ₀ = 1,2 x 10 ^-15 m = 1,2 фм

Например, природный уран состоит в основном из изотопа ²³⁸ U (99,28%), следовательно, атомный Масса элемента урана близка к атомной массе изотопа ²³⁸ U (238,03u). Его радиус этого ядра будет:

r = r ₀ . A ^1/3 = 7,44 фм.

Если предположить, что он сферический, его объем будет:

V = 4πr ³ /3 = 1.73 x 10 ^-42 м ³ .

Обычное определение ядерной плотности дает ее плотность:

ρ _{ядро ​​} = m / V = ​​238 x 1,66 x 10 ^-27 / (1,73 x 10 ^-42 ) = 2,3 x 10 ¹⁷ кг / м ³ .

Таким образом, плотность ядерного материала более чем в 2,10 ¹⁴ раз превышает плотность воды. Это огромная плотность. Описательный термин ядерная плотность также применяется к ситуациям, в которых наблюдаются такие же высокие плотности, например, внутри нейтронных звезд.Такие огромные плотности обнаруживаются также у нейтронных звезд.

Плотность нейтронной звезды

Нейтронная звезда — коллапсировавшее ядро ​​большой звезды (обычно красного гиганта). Нейтронные звезды — самые маленькие и самые плотные звезды из известных, и они вращаются чрезвычайно быстро .Нейтронная звезда — это гигантское атомное ядро ​​диаметром около 11 км, состоящее в основном из нейтронов. Считается, что под огромным давлением коллапсирующих массивных звезд, превращающихся в сверхновую, электроны и протоны могут объединяться, образуя нейтроны посредством электронного захвата, высвобождая огромное количество нейтрино.

Они настолько плотные, что одна чайная ложка их материала имела бы массу более 5,5 × 10 ¹² кг. Предполагается, что они имеют плотности от 3,7 × 10 ¹⁷ до 6 × 10 ¹⁷ кг / м ³ , что сопоставимо с приблизительной плотностью ядра атома, равной 2.3 × 10 ¹⁷ кг / м ³ .

Ссылки:

1. Дж. Р. Ламарш, Введение в теорию ядерных реакторов, 2-е изд., Addison-Wesley, Reading, MA (1983).
2. Дж. Р. Ламарш, А. Дж. Баратта, Введение в ядерную инженерию, 3-е изд., Прентис-Холл, 2001, ISBN: 0-201-82498-1.
3. У. М. Стейси, Физика ядерных реакторов, John Wiley & Sons, 2001, ISBN: 0-471-39127-1.
4. Glasstone, Сесонске.Nuclear Reactor Engineering: Reactor Systems Engineering, Springer; 4-е издание, 1994, ISBN: 978-0412985317
5. Тодреас Нил Э., Казими Муджид С. Ядерные системы Том I: Основы теплогидравлики, второе издание. CRC Press; 2 издание, 2012 г., ISBN: 978-0415802871
6. Зохури Б., МакДэниел П. Термодинамика в системах атомных электростанций. Springer; 2015, ISBN: 978-3-319-13419-2
7. Моран Михал Дж., Шапиро Ховард Н. Основы инженерной термодинамики, пятое издание, John Wiley & Sons, 2006, ISBN: 978-0-470-03037-0
8. Кляйнштройер К.Современная гидродинамика. Springer, 2010 г., ISBN 978-1-4020-8670-0.
9. Министерство энергетики США, ТЕРМОДИНАМИКА, ТЕПЛООБМЕН И ПОТОК ЖИДКОСТИ. Справочник по основам DOE, том 1, 2 и 3. Июнь 1992 г.

См. Выше:

Термодинамические свойства

Плотность — плотность — GCSE Physics (Single Science) Revision

Плотность — это масса на единицу объема . Его можно измерить несколькими способами.

Самый точный способ рассчитать плотность любого твердого вещества, жидкости или газа — разделить его массу в килограммах на его объем (длина × ширина × высота) в кубических метрах.

Плотность можно найти с помощью уравнения:

\ [Density = \ frac {mass} {volume} \]

\ [\ rho = \ frac {m} {v} \]

Единицей измерения плотности является кг / м ³ . Плотность воды составляет примерно 1000 кг / м ³ , а плотность воздуха составляет примерно 1,2 кг / м ³ .

Если твердых предметов помещают в воду и они тонут, их плотность выше плотности воды (1000 кг / м ³ ). Обратное также верно.

Если несколько жидкостей , которые не смешиваются (несмешивающиеся), помещаются в один и тот же контейнер, наименее плотная жидкость поднимется наверх, а самая плотная опускается на дно.Это также верно для газов , но их часто труднее увидеть, потому что газы имеют тенденцию очень легко смешиваться друг с другом.

Взгляните на эту практическую демонстрацию относительной плотности жидкостей:

Не все объекты имеют регулярные объемы, которые легко измерить. В этих случаях можно использовать « эврика ».