چگالی

چگالی مقدار جرم موجود در واحد حجم ماده است که آنرا با علامت اختصاری ρ نشان می‌دهند که از رابطه ρ=m/V یا D=m/V بدست می‌آید. در این رابطه D یا ρ چگالی ماده ، m جرم جسم و V حجم اشغال شده توسط آن ماده می‌باشد.

دید کلی

·         آیا تا به حال ، جرم مواد را با هم مقایسه کرده‌اید؟

·         آیا تا به حال از خود پرسیده‌اید که شیر سنگینتر است یا آب؟

مردم گاهی می‌گویند سرب سنگیتر از پَر است. اما یک گونی بزرگ پُر از پَر ، سنیگتر از یک ساچمه سربی است. واژه سنگینی سه مفهوم متفاوت دارد. مثلا در عبارت «یک سنگ خیلی سنگین است و نمی‌شود حرکت داد.» ، منظور وزن سنگ است. در چنین مفهومی هیچ جوابی برای پرسش «شیر سنگینتر است یا آب؟» وجود ندارد. سوالات اخیر مربوط به یک ویژگی عام از کلیه مواد می‌باشد. این ویژگی چگالی یا جرم حجمی نام دارد که از مشخصه‌های فیزیکی مواد به حساب می‌آید که این ویژگی مواد مستقل از ابعاد نمونه می‌باشد. بنابراین برای بیان دقیق ، باید بگوییم چگالی سرب بیشتر از چگالی پر است و در مورد شیر و آب نیز این امر صادق است.

واحدها

در اندازه‌گیری چگالی جامدات و مایعات معمولا جرم را بر حسب گرم (g) یا کیلوگرم (kg) و حجم را بر حسب سانتیمتر مکعب (cm³) یا مترمکعب (m³) بیان می‌کنند که در این صورت چگالی برحسب واحدهای کیلوگرم بر متر مکعب (Kg/m³) یا گرم بر سانتیمتر مکعب (gr/cm³) می‌سنجند. چگالی نشانگر این است که جرم ماده تا چه حد متراکم شده است. مثلا ، سرب یک ماده چگال است، زیرا مقدار زیادی از آن در حجم کوچکتر متراکم شده از طرف دیگر چگالی هوا بسیار کم است.

طریقه اندازه گیری

برای اندازه‌گیری چگالی یک جسم باید هم جرم جسم (m) و هم حجم (V) آن را اندازه‌گیری کنیم. جرم را می‌توانیم با ترازو اندازه‌گیری کنیم. حجم یک جسم جامد را می‌توانیم با راههای گوناگون اندازه بگیریم. مثلا برای بدست آوردن حجم یک مکعب ، اندازه یک ضلع آن را به توان 3 می‌رسانیم و یا برای تعیین حجم یک مکعب مستطیل طول ، عرض و ارتفاع آن را در هم ضرب می‌کنیم. حجم یک مایع را می‌توانیم با ظرف شفاف مدرجی که واحدهای حجم را نشان می‌دهد، اندازه بگیریم. در آزمایشگاه معمولا برای اندازه گیری حجم مایعات از استوانه مدرج استفاده می‌کنند. در مواردی بوسیله اندازه‌گیری جرم نسبی مواد نسبت به هم از طریق چگالی نسبی مواد نسبت به هم می‌توانیم چگالی تک‌تک مواد را اندازه‌گیری نموده و مشخص نماییم.

ستون چگالی روغن آب مایع طلا

چگالی نسبی

مقایسه چگالی دو مایع با یکدیگر یا مقایسه چگالی یک جامد با یک مایع خیلی راحت است. اگر چگالی جسمی کمتر از مایع باشد، در آن شناور می‌شود و در غیر اینصورت در آن غرق می گردد. مثلا چگالی چوب از آب کمتر است و برای همین است که چوب روی آب شناور می‌ماند «نیروی ارشمیدس».

مواد چگال

هسته اتمهای تشکیل دهنده مواد و ستارگان از جمله کوتوله‌های سفید ، ستارههای نوترونی ، ابر نواختران ، سیاه چاله‌ها و ... چگالترین موادها هستند.

قیف جدا کننده

وسیله‌ای است که مایعات را بر اساس شاخص چگالی از هم جدا می‌کند؛ مثلا اگر مخلوط روغن و آب را در مخزن این دستگاه بریزیم، بر حسب چگالی مواد در داخل این ظرف تفکیک می‌شود. اگر شیر زیر ظرف را باز کنیم، مایعی که دارای چگالی بالاست، در زیر قرار گرفته و از دستگاه خارج می‌گردد تا اینکه به مرز جدایی مایعات روغن و آب برسد، در چنین حالتی شیر را می‌بندیم و دستگاه با موفقیت دو مایع مخلوط را از هم جدا می‌کند.

توجه: تغییرات دما سبب تغییر حجم جسم می‌شود. بنابراین، با تغییر دما چگالی یک ماده تغییر می‌کند. از این رو چگالی اغلب مواد را در ˚25C معین می‌کنند.

جدول چگالی بعضی از مواد معمولی در 25 درجه سانتی‌گراد

ماده	چگالی g/cm3
گاز طبیعی	0.000656
هوا	0.00118
اتانول0.78948
سدیم کلرید	2.164
فولاد ضد زنگ	8.037
جیوه	13.545

حل یک مسئله

مسئله: حجم یک قطعه موم 8.50cm³ و جرم آن 8.06g است. چگالی موم را بدست آورید. راه حل: چگالی، جرم در واحد حجم است و به صورت زیر نشان داده می‌شود.

D=m/V

با جایگذاری مقادیر معلوم ، خواهیم داشت:

D=8.06g/8.5cm³=0.948g/cm³