Что такое плотность вещества? Плотность вещества. Полные уроки — Гипермаркет знаний Оборудование и материалы, используемые на уроке

Плотность дерева является одним из важнейших факторов, который учитывается в случае перевозки леса. Именно данный параметр профессионалы считают основным в случае расчета стоимости всей перевозки, выбора специального транспорта для ее организации.

Разновидности веса древесины

Плотность дерева позволяет рассматривать объемный и удельный вес древесины. Удельная величина характеризуется массой единицы объема древесины без суммирования влаги, породы, иных факторов. Объемный показатель предполагает учет породы и влажности древесины. Имея представление об объемном весе, вполне можно вычислить плотность дерева. Различные породы отличаются друг от друга данным показателем. Зависит плотность дерева и от климатических особенностей того региона, в котором оно находится.

Зависимость от влажности

Данная величина серьезно влияет на плотность дерева. Сосна, например, при влажности 15 % имеет плотность 0,51 т/м3. В случае возрастания показателя влажности до 70 %, плотность существенно меняется, она составляет 0,72 т/м3.

Классификация

В зависимости от того, какое количество влаги находится в древесине, существует деление на несколько групп:

• абсолютно сухими считают древесину, в которой отсутствует вода;
• комнатно-сухое, в котором процент водяного пара не превышает 10 процентов;
• воздушно-сухое с влажностью от 15 до 20 процентов;
• свежесрубленное, содержание влаги в диапазоне 50- 100 процентов;
• мокрое, находящееся в воде дерево.

Характеристика

Что представляет собой плотность дерева? Таблица, представленная ниже, показывает, что эта величина весьма нестабильна. Даже для одного сорта древесины возможно серьезное изменение удельного веса. Если рассматривать различные участки одного куска, они будут отличаться по плотности. Значения удельного веса являются усредненными величинами. В реальности существует различие между табличными показателями и теми, которые на самом деле имеет рассматриваемая порода дерева.

Древесина представляет собой природный материал, имеющий определенную структуру. Она создается стенками клеток, а также околоклеточными и межклеточными пустотами. Рассуждая над тем, какая плотность дерева, профессионалы анализируют, о какой именно части древесины идет речь. Между показателями для сердцевины и стенками есть серьезные отличия по плотности, это учитывают те, кто работает с данным строительным материалом.

Древесинным веществом именуют твердую массу, которая не имеет естественных пустот. По его плотности и судят о твердости самого материала. Определяют этот показатель в условиях аналитической лаборатории. По толщине стенки материала настолько малы, что провести измерения с помощью линейки просто невозможно.

Независимо от породы древесины, удельный вес имеет определенные показатели. Для определения элементарного количественного химического состава стенок древесины пользуются стандартными методами. Эта величина практически для всех пород является постоянной, в среднем она составляет 1540 кг/м3. Удельный вес (плотность) самого дерева можно определить, вооружившись стандартными средствами. Например, провести взвешивание куска дерева, определить его объем, а потом, воспользовавшись арифметическими действиями, определить удельный вес искомого вещества. Существует прямая связь между строением клеточной структуры и влажностью исследуемого образца.

Объективным фактором плотности является клеточная структура дерева. Волокнистая многоклеточная структура данного природного материала является несущим каркасом, именно от ее ориентации в пространстве, формы, зависит плотность материала. При уменьшении размеров клеток увеличивается их число, в результате чего повышается плотность их расположения в пространстве. Происходит уплотнение клеточной структуры, увеличивается число древесинного компонента на единицу объема. При этом наблюдается и повышение удельного веса древесины. Разница между показателями объясняется разной плотностью пород, а также слоистостью материала.

Кроме того, серьезное влияние на строение клетчатки оказывают географические, климатические, иные условия произрастания, возраст дерева. Зная удельный вес, можно рассматривать сферы применения данной древесины, продумывать условия ее эксплуатации, хранения.

Во многих отраслях промышленного производства, а также в строительстве и сельском хозяйстве используется понятие "плотность материала". Это вычисляемая величина, которая является отношением массы вещества к занимаемому им объему. Зная такой параметр, например, у бетона, строители могут рассчитать необходимое количество его при заливке разных железобетонных конструкций: строительных блоков, перекрытий, монолитных стен, колонн, защитных саркофагов, бассейнов, шлюзов и других объектов.

Как определить плотность

Важно отметить, что, определяя плотность строительных материалов, можно использовать специальные справочные таблицы, где даны эти величины для различных веществ. Также разработаны методы и алгоритмы расчета, которые позволяют получать такие данные на практике, если отсутствует доступ к справочным материалам.

Плотность определяется у:

• жидких тел прибором ареометром (например, известный всем процесс измерения параметров электролита автомобильного аккумулятора);
• твердых и жидких веществ с помощью формулы при известных исходных данных массы и объема.

Все самостоятельные вычисления, конечно, будут иметь неточности, ведь сложно достоверно определить объем, если тело имеет неправильную форму.

Погрешности в измерениях плотности

• Погрешность систематическую. Она фигурирует постоянно или может изменяться по определенному закону в процессе нескольких измерений одного и того же параметра. Связана с погрешностью приборной шкалы, низким показателем чувствительности устройства или степенью точности формул расчета. Так, например, определяя массу тела при помощи разновесов и игнорируя воздействие выталкивающей силы, данные получают приблизительными.
• Погрешность случайную. Вызвана приходящими причинами и оказывает разное влияние на достоверность определяемых данных. Изменение температуры окружающей среды, атмосферного давления, вибрации в помещении, невидимые излучения и колебания воздуха - все это отражается на измерениях. Избежать такого влияния полностью невозможно.

• Погрешность в округлении величин. При получении промежуточных данных в расчете формул часто числа имеют множество значащих цифр после запятой. Необходимость ограничения количества этих знаков и предполагает появление погрешности. Частично снизить такую неточность можно, оставляя в промежуточных расчетах на несколько порядков цифр больше, чем требует конечный результат.
• Погрешности небрежности (промахи) возникают вследствие ошибочности вычислений, неправильности включения пределов измерения либо прибора в целом, неразборчивости контрольных записей. Полученные таким образом данные могут резко отличаться от аналогично проведенных расчетов. Поэтому их следует удалять, а работу выполнить заново.

Измерение истинной плотности

Рассматривая плотность материала строительства, нужно учитывать его истинный показатель. То есть когда структура вещества единицы объема не содержит в себе раковин, пустот и посторонних включений. На практике нет абсолютной однородности, когда, например, бетон заливают в форму. Чтобы определить реальную его прочность, которая напрямую зависит от плотности материала, проводят следующие операции:

• Структуру подвергают измельчению до состояния порошка. На этом этапе избавляются от пор.
• Просушивают в при температуре свыше 100 градусов, из пробы удаляют остатки влаги.
• Остужают до комнатной температуры и пропускают через мелкое сито с размером ячейки в 0,20 х 0,20 мм, придавая однородность порошку.
• Полученный образец взвешивают на электронных весах высокой точности. Объем вычисляют в объемомере методом погружения в жидкую структуру и измерения вытесненной жидкости (пикнометрический анализ).

Расчет проводят по формуле:

где m - масса образца в г;

V - величина объема в см 3 .

Часто применимо измерение плотности в кг/м 3 .

Средняя плотность материала

Чтобы определить, как ведут себя строительные материалы в реальных условиях эксплуатации под воздействием влаги, положительных и отрицательных температур, механических нагрузок, нужно использовать средний показатель плотности. Он характеризует физическое состояние материалов.

Если истинная плотность - неизменная величина и зависит лишь от химического состава и структуры кристаллической решетки вещества, то средняя плотность определяется пористостью структуры. Она представляет собой отношение массы материала в однородном состоянии к объему занимаемого пространства в естественных условиях.

Средняя плотность дает представление инженеру о механической прочности, степени влагопоглощения, коэффициенте теплопроводности и других важных факторах, используемых в строительстве элементов.

Понятие насыпной плотности

Вводят для анализа сыпучих строительных материалов (песка, гравия, керамзита и др.). Показатель важен для расчета экономически выгодного применения тех или иных компонентов строительной смеси. Он показывает отношение массы вещества к объему, который оно занимает в состоянии рыхлой структуры.

Например, если известна материала зернистой формы и средняя плотность зерен, то легко определить параметр пустотности. При изготовлении бетона целесообразнее применять наполнитель (гравий, щебень, песок), обладающий меньшей пористостью сухого вещества, так как на его заполнение пойдет базовый цементный материал, что увеличит себестоимость.

Показатели плотности некоторых материалов

Если взять расчетные данные некоторых таблиц, то в них:

• материалов, в составе которых присутствуют оксиды кальция, кремния и алюминия, варьируется от 2400 до 3100 кг на м 3.
• Древесных пород с основой из целлюлозы - 1550 кг на м 3 .
• Органики (углерод, кислород, водород) - 800-1400 кг на м 3 .
• Металлов: сталь - 7850, алюминий - 2700, свинец - 11300 кг на м 3 .

При современных технологиях строительства зданий показатель плотности материала важен с точки зрения прочности несущих конструкций. Все теплоизоляционные и влагоизоляционные функции выполняют материалы низкой плотности со структурой закрытых пор.

Плана урока в 7 классе

Лабораторная работа «Определение плотности твердого тела»

Актуализация знаний по теме (задача: представьте себе, что вы, гуляя, нашли красивый камешек и хотите узнать, что это за минерал, а спросить не у кого. Как вам надо поступить?)

Знания о плотности понадобятся вам в жизни. Потому что величина очень важна и для промышленности и для строительства и для сельского хозяйства.

Использование материалов с малой плотностью в строительстве и машиностроении выгодно в экологическом и экономическом плане. Например, раньше корпус самолетов и ракет делали из алюминия и стали, а теперь из более легкого титана. Это позволяет экономить горючее и перевозить больше груза. А экономия топлива способствует тому, что уменьшается количество выбросов вредных веществ в атмосферу. Плотность важна и для сельского хозяйства от плотности почвы тоже много зависит. Если плотность почвы большая, то она плохо пропускает тепло, зимой промерзает на большую глубину, при распашке разваливается на крупные глыбы, и растения плохо растут. Если плотность почвы низкая, то через такую почву вода быстро проходит, то есть влага в почве не удерживается. Сильный дождь разрушает верхний самый плодородный слой почвы – он его вымывает. Поэтому, чтобы получить хороший урожай агрономам надо знать плотность почвы. Значит, мы должны научиться определять экспериментальным путем плотность тела.

Цель:
научить определять плотность вещества,

Гипотеза : каждое вещество обладает своей плотностью, соответствующей справочным данным.

Используется:

Весы с разновесами, измерительный цилиндр (мензурка), твердые тела, плотность которых надо определить, нитка, отливной сосуд и стакан, таблица плотности стр.63 учебника таблица №3, линейка.

План работы:

1. После того как дети познакомились с условиями задачи, учитель предлагает им ответить на вопрос.

Ответ: надо узнать плотность камня и по таблице плотностей определить название минерала.

Вопрос:

Запишите формулу, которая позволяет определить плотность тела.

Ответ:

Вопрос:

Какие физические величины необходимо измерить для того, чтобы определить плотность?

Ответ:

Массу и объем.

Вопрос:

Какие измерительные приборы необходимы для этого?

Ответ:

Весы и мензурка.

Вопрос:

В какой последовательности необходимо провести измерения?

Ответ:

Неважно

Вопрос:

Как оформить результат

Ответ:

В таблице.

Учитель:

Шапку таблицы составьте сами.

Вопрос:

В каких единицах измеряется плотность?

В каких единицах вы измерили плотность? Как перевести в Си ваши измерения?

Учитель:

Мы составили план выполнения работы по определению плотности вещества твердого тела. Оформите лабораторную работу в рабочих листах.

План:

1. Определите вещество, из которого сделан металлический цилиндр. и спользуя формулу для расчета плотности, вычислите плотность твердого тела.
2. Полученное на основе опыта значение плотности тела сравните с табличным значением плотности и запишите в таблицу название вещества, из которого изготовлено тело.

5. Определите название минерала данного вам камня. (Примечание: камень подбирается таким образом, чтобы он не помещался в мензурку)

Вопрос:

Какое дополнительное оборудование вам понадобится?

Ответ:

Отливной сосуд и стакан.

Выполните необходимые измерения, заполните таблицу.

6. Выполните необходимые измерения, определите плотность деревянного бруска. (Брусок имеет форму параллелепипеда и не помещается в отливной стакан).

Вопрос:

Какие затруднения вы испытываете? Подумайте, знания, по какому предмету могут вас выручить в данном случае.

Ответ:

Объем бруска можно определить с помощью математической формулы V=abc .

7. Измерения и расчеты занесите в таблицу, выполните перевод из г/см3 в кг/м3.

Рабочий лист ученика

Рабочий лист заполняется по ходу лабораторной работы .

Цель: научить определять плотность вещества,
с помощью учителя составить план решения поставленной задачи,
развить логическое мышление и умения применять полученные знания на практике.

Гипотеза
Плотность тела можно определить экспериментальным путем

Плотность минералов

8. Сформулируйте общий вывод по результатам трех экспериментальных опытов.

Вывод: Экспериментальным путем определили плотность металического цилиндра и выяснили, что он изготовлен из алюминия. Камень –кварц. Результаты измерений показали, что брусок выполнен из сосны.

Делает вывод о верности гипотезы.

8. Рефлексия .

• вспомнить этапы деятельности на уроках,
• назовите алгоритм применения методов наблюдение, эксперимент,
• какие есть ограничения и/или особенности применения этих методов?
• насколько точно вы смогли определить плотность тел?

9. Домашняя работа (выдается моток провода)
Определить массу мотка медного провода используя только линейку.

Цель урока:

• закрепить знания учащихся о плотности
• показать как определять массу и объем тела по его плотности
• решать расчетные задачи

Структура урока:

1. Орг. момент
2. Повторение материала
3. Изучение нового материала
4. Закрепление материала
5. Домашнее задание

1. Орг. момент
2. Повторение материала

На уроке используется презентация (Приложение 1)

• все ли тела одинакового объёма, иметь одинаковую массу? (слайд 2)
• почему?
• Все ли тела одинаковой массы имеют одинаковый объём? (слайд 2)
• почему?
• отчего это зависит?
• Что называется плотностью вещества? (слайд 3)
• плотностью называется физическая величина равная отношению массы тела к его объёму.
• запишите формулу плотности. (слайд 4)

• получите наименование плотности в СИ (слайд 4)

Сегодня на уроке мы будем рассчитывать массу и объем тел по плотности, запишите тему урока в тетрадь.

Тема урока: определение массы и объема тела по плотности вещества. (слайд 8)

Запишите формулу расчета плотности в тетрадь

чему будет равна масса тела, если знаем плотность тела и его объём?, кто запишет?

– для вычисления массы по его плотности и объёму, нужно плотность умножить на его объём. (слайд 9)

№1- задачу каждый решает сам

Проверяем:
Задача
Ответ: m=2825г. (слайд 12)

Внимание! Чему будет равен объём тела, если знаем массу и плотность вещества?

; - для вычисления объёма тела по его плотности надо массу тела разделить на его плотность (слайд 13)

Задача решается на доске и остается в качестве образца решения.

№ 2- задачу каждый решает сам

1. Стальная деталь машины имеет массу 7890 г. Определите её объём, если плотность стали 7,8 .(Приложение 3)

Проверяем:
Задача
Ответ: V=1023,077см 3 (слайд 16)

• Домашнее задание §22 упр. № 8 (слайд 17)
• Откройте задание 3 (слайд 18)

№ 3 - задачи каждый решает сам

Бланк отчета задания № 3 (слайд 19) – обратите внимание на то, что обязательно нужно заполнить сроку с фамилией

Фамилия имя уч-ся_____________________________________________

заполнить рассчитанную физическую величину с её единицами измерения в соответствующих ячейках (слайд19)

Дата заполнения______________________________________

• У каждого на парте есть такой бланк, вы заполняете соответствующие ячейки, в которых пишите только числовые значения.
• Закрыть Excel. Сохранить изменение в документе. (слайд 21)

Урок окончен спасибо! (слайд 22)

Используемая литература:

1. Учебник физика 7, автор – А.В.Перышкин – Москва – “Прсвещение”
2. Методические материалы 7,- Л.А.Кирик – Москва – “ИЛЕКСА”
3. Разноуровневые самостоятельные и контрольные работы 7,- Л.А.Кирик – Москва – “ИЛЕКСА”
4. Сборник задач по физике- В.И.Лукашик - Москва – “Прсвещение”