اللهم صل علی محمد و آل محمد و عجل فرجهم

چگالی ماده چیست و چگونه محاسبه می‌شود؟

چگالی ماده چیست و چگونه محاسبه می‌شود؟

چگالی ماده چیست؟

نسبت جرم به حجم ماده را چگالی ماده می‌گویند. چگالی را به زبان ساده می‌توان تراکم معنا کرد. هرچه تراکم ذرات تشکیل‌دهنده ماده در واحد حجم بیشتر باشد، چگالی آن ماده بیشتر است و بالعکس. برای مثال، دو اتاق هم‌اندازه را تصور کنید که در یکی افراد کمتر و در دیگری افراد بیشتری حضور دارند. در اینصورت اصطلاحا گفته می‌شود که تراکم جمعیت در اتاق دوم بیش از اتاق اول است. درباره مواد نیز همینطور است. مواد از اتم و مولکول تشکیل شده اند. هرچه تعداد ذرات تشکیل دهنده یک ماده در واحد حجم بیشتر باشد، آن ماده چگالی بیشتری دارد. مثلا چگالی آهن بیش از چگالی اسفنج است، زیرا یک قطعه آهن در مقایسه با یک قطعه اسفنج در اندازه مشابه، تعداد اتمها و مولکولهای بیشتری دارد. اکنون که گفته شد چگالی ماده چیست، در ادامه توضیح میدهیم که چگالی ماده چگونه محاسبه می‌شود.

 

چگالی ماده چگونه محاسبه می‌شود: فرمول محاسبه چگالی ماده

چگالی ماده (p) از تقسیم جرم (m) بر حجم ماده (v) حاصل می‌شود. واحد اندازه‌گیری چگالی، کیلوگرم بر متر مکعب (kg/m۳) است. پس فرمول محاسبه چگالی چنین است:

P=m/v

 

چگالی و حالت ماده: جامد، مایع و گاز

هرچه چگالی ماده بیشتر باشد، تراکم اتم‌های آن بیشتر و درنتیجه ماده سخت‌تر خواهدبود. پس می‌توان نتیجه گرفت که در کل، چگالی مواد جامد بیش از چگالی مواد مایع و گازی است. و چگالی مواد مایع بیش از چگالی مواد گازی است.

برای مثال:

  • چگالی گاز هیدروژن تنها ۰.۰۸۹ کیلوگرم بر متر مکعب است. یعنی اگر فضایی به حجم یک متر مکعب را با گاز هیدروژن پر کنید، جرم اتم‌های هیدروژن کمتر از صد گرم و دقیقا ۰.۹۸ کیلوگرم خواهدبود.
  • چگالی آب، ۱۰۰۰ کیلوگرم بر متر مکعب است. یعنی اگر فضایی به حجم یک متر مکعب را از آب پر کنید، جرم مولکول‌های آب، ۱۰۰۰ کیلوگرم خواهدبود.
  • چگالی فولاد ۷۵۰۰ کیلوگرم بر متر مکعب است. پس اگر از فولاد خالص، مکعبی به حجم یک متر مکعب بسازید، جرم مولکول‌های تشکیل‌دهنده آن ۷۵۰۰ کیلوگرم خواهدبود.

 

چگالی آب و رابطه آن با دما

با این‌که گفته شد، در کل چگالی ماده در حالت جامد بیش از چگالی همان ماده در حالت مایع و گاز است، اما استثناهایی هم می‌توان یافت. آب یکی از آن استثناهاست. کاهش دمای آب در تغییر چگالی آن موثر است. با کاهش دمای آب به صفر و کمتر از صفر درجه سانتیگراد، آب یخ می‌زند و به حالت جامد در می‌آید. اما چگالی آب جامد کمتر از چگالی آب در حالت مایع است. و به همین سبب یخ روی آب شناور می‌ماند.

 

نکاتی درباره چگالی

  • دو ماده با جرم و وزن یکسان ممکن است چگالی متفاوتی داشته باشند.
  • موادی که چگالی بیشتری دارند، حجم کمتری اشغال می‌کنند و بالعکس، موادی که چگالی کمتری دارند، حجم بیشتری اشغال می‌کنند. برای مثال، گازها چگالی کمتری دارند، یعنی فاصله اتم‌ها و مولکول‌های تشکیل‌دهنده آن‌ها از هم بسیار بیشتر است. به همین علت گازها در دمای عادی در فضا پراکنده می‌شوند و حجم بیشتری اشغال می‌کنند. اما مواد جامد که چگالی بیشتری دارند، فشرده‌تر هستند و حجم کمتری می‌گیرند.
  • اگر چگالی یک ماده از چگالی آب کمتر باشد، روی آب شناور می‌ماند. اما اگر چگالی ماده بیش از چگالی آب باشد، در آب پایین می‌رود. برای مثال، گفته شد که چگالی آب حدود ۱۰۰۰ کیلوگرم بر متر مکعب است. پس اگر یک قطعه چوب بامبو را که چگالی آن حدود ۳۵۰ کیلوگرم بر متر مکعب است به آب بیاندازید، روی آب شناور می‌ماند.

 

بیشترین چگالی‌ مربوط به کدام مواد است؟

باتوجه به این‌که هسته اتم (متشکل از پروتون‌ها و نوترون‌ها) اکثر جرم اتم‌های عادی را تشکیل می‌دهد، چگالی عادی ماده به میزان فشردگی هسته اتم و نیز ساختار درونی اتم‌های یک ماده بستگی دارد. یعنی هرچه هسته اتم متراکم‌تر باشد، چگالی ماده نیز بیشتر می‌شود.

از بین مواد طبیعی زمین، فلز اوسمیوم (osmium) پرچگالی‌ترین ماده‌ای است که تاکنون در طبیعت کشف شده است.

اگر مواد مصنوعی را نیز به حساب آورید، عنصر هاسیوم (Hassium) چگالی بیشتری دارد. هاسیم عنصری شیمیایی با عدد اتمی ۱۰۸ و نماد Hs است. چگالی عنصر هاسیم ۴۰.۷ * ۱۰۳ کیلوگرم بر متر مکعب است. پس از هاسیم عنصر مصنوعی میتنریوم (Meitnerium) با چگالی ۳۷.۴ * ۱۰۳ در رده دوم است.

اما اگر از مرزهای زمین فراتر رویم، موادی می‌یابیم که چگالی آن‌ها بسیار بیشتر است. برای مثال، اجرام آسمانی مثل ستاره‌های کوتوله و ستاره‌های نوترونی چگالی بسیار بیشتری دارند.

 

جدول چگالی برخی از مواد

نام و چگالی ماده

چگالی اوسمیوم ۱۰۳ * ۲۲.۶ (کیلوگرم بر متر مکعب)
چگالی ایریدیوم ۱۰۳ * ۲۲.۴ (کیلوگرم بر متر مکعب)
چگالی پلاتین ۱۰۳ * ۵۲۱.۶ (کیلوگرم بر متر مکعب)
چگالی رنیوم ۱۰۳ * ۲۱.۰ (کیلوگرم بر متر مکعب)
چگالی طلا ۱۰۳ * ۱۹.۳ (کیلوگرم بر متر مکعب)
چگالی تنگستن ۱۰۳ * ۱۹.۳ (کیلوگرم بر متر مکعب)
چگالی اورانیوم ۱۰۳ * ۱۸.۸ (کیلوگرم بر متر مکعب)
چگالی تانتالیوم ۱۰۳ * ۱۶.۶ (کیلوگرم بر متر مکعب)
چگالی رودیم ۱۰۳ * ۱۲.۴ (کیلوگرم بر متر مکعب)
چگالی توریم ۱۰۳ * ۱۱.۷ (کیلوگرم بر متر مکعب)
چگالی سرب ۱۰۳ * ۱۱.۳ (کیلوگرم بر متر مکعب)
چگالی نقره ۱۰۳ * ۱۰.۵ (کیلوگرم بر متر مکعب)

 

کلیدواژه: چگالی ماده چیست

عنوان: چگالی ماده چیست و چگونه محاسبه می‌شود؟