Indhold
- Densiteten af olie og vand
- Heliumballonen er en anvendelse af densitet i det virkelige liv
- Densitetsforskelle kører luft- og havstrømme
- Densitetseksempler i laboratoriet
I daglig brug refererer ordet "tæthed" normalt til tilstanden af at være tæt, som i "trafikken er tæt" eller "denne person er for tæt til at forstå dig." Definitionen af densitet (D) i videnskab er meget mere specifik. Det er den mængde masse (m), der optager et bestemt volumen (v). Matematisk er D = m / v. Tæthed gælder for stof i fast, flydende og gasformig tilstand, og - ingen overraskelse her - faste stoffer er mere tætte end væsker (normalt), og væsker er mere tætte end gasser.
På mikroskopisk niveau er densitet et mål for, hvor tæt pakket de atomer, der udgør et bestemt stof, er. Hvis to objekter optager det samme volumen, er den tættere en tungere, fordi flere atomer pakkes sammen i det samme rum. Densitet påvirkes af temperaturen, og det påvirkes også af omgivelsestrykket, skønt disse afhængigheder er mest udtalt i gasformig tilstand. Tæthedsforskelle driver verden; livet ville ikke være det samme uden dem.
Densiteten af olie og vand
Vand har en densitet på 1 kg pr. Kubikmeter. Hvis det lyder som en tilfældighed, er det ikke. De metriske masseenheder er baseret på vandtætheden. De fleste olier er mindre tæt end vand, og det er derfor, de flyder. Hver gang du blander to væsker eller gasser, falder den tættere til bunden af beholderen, så længe den ikke opløses og danner en opløsning. Årsagen til dette er enkel. Tyngdekraften udøver en stærkere kraft på et tæt materiale. Det faktum, at olie ikke opløses i vand, og at det flyder, gør det muligt at rydde op efter et stort olieudslip. Arbejdstagerne genvinder normalt olien ved at skumme den ud af vandoverfladen.
Heliumballonen er en anvendelse af densitet i det virkelige liv
Spræng en ballon med luft fra lungerne, og ballonen sidder lykkeligt på et bord eller en stol, indtil nogen kaster den i luften. Selv da kan det flyde på luftstrømme i et stykke tid, men det vil til sidst falde til jorden. Fyld den dog med det samme volumen helium, og du skal binde en streng på den for at forhindre, at den flyder væk. Det er fordi, sammenlignet med ilt- og nitrogenmolekylerne i luften, er heliummolekyler meget lette. Faktisk er helium cirka 10 gange mindre tæt end luft. Ballonen flyder væk hurtigere, hvis du fyldte den med brint, hvilket er mere som 100 gange mindre tæt end luft, men brintgas er meget brandfarligt. Derfor bruger de ikke det til at fylde balloner på karnevaler.
Densitetsforskelle kører luft- og havstrømme
Tilsæt varme til luft, og molekylerne flyver rundt med mere energi, hvilket giver større plads mellem dem. Med andre ord bliver luften mindre tæt, så den har en tendens til at stige. Temperaturen i troposfæren bliver imidlertid koldere med højden, så der er mere kold luft i højere højder, og det har en tendens til at falde. Den konstante bevægelse af faldende kold luft og varm luft stiger skaber luftstrømme og vinde, der driver vejret på planeten.
Temperaturvariationer i verdenshavene skaber også densitetsforskelle, der driver strømme, men saltholdighedsvariationer er lige så vigtige. Havvand er ikke ensartet saltvand, og jo mere salt det indeholder, jo tættere er det. Variationer i temperatur og saltindhold skaber densitetsforskelle, der driver lokale virvelstrømme såvel som dybe undervandsfloder, der skaber levesteder for havdyr og påvirker verdens klima.
Densitetseksempler i laboratoriet
Laboratorieforskere er afhængige af densitetsforskelle for at adskille stoffer i flydende eller fast tilstand. De gør dette med en centrifuge, som er en enhed, der spinder en blanding så hurtigt, at det skaber en kraft, der er flere gange større end tyngdekraften. I centrifugen oplever de tætteste komponenter i en blanding den største kraft og vandrer til ydersiden af karret, hvorfra de kan hentes.
Densitet kan også bruges til at identificere materialer fremstillet af ukendte forbindelser. Proceduren er at veje materialerne og måle det volumen, de optager, ved hjælp af vandfortrængning eller en anden metode. Derefter finder du materialets densitet ved hjælp af ligningen D = m / v og sammenligner det med de kendte densiteter af almindelige forbindelser, der er anført i referencetabeller.