Πυκνότητα και Ειδικό Βάρος

Το ειδικό βάρος υπολογίζεται διαιρώντας την πυκνότητα μιας ουσίας με την πυκνότητα μιας τυπικής ή ουσίας αναφοράς. Το νερό χρησιμοποιείται συνήθως ως πρότυπο σύγκρισης. Η πυκνότητα, από την άλλη πλευρά, μετριέται σε μονάδες βάρους σε σχέση με το μέγεθος του αντικειμένου. Η πυκνότητα υπολογίζεται διαιρώντας τη μάζα με τον όγκο του αντικειμένου. Είναι η μέτρηση της πυκνότητας σε σχέση με την πυκνότητα του καθαρού νερού που αναφέρεται ως ειδικό βάρος, γνωστή και ως σχετική πυκνότητα.

Πυκνότητα

Η πυκνότητα μιας ουσίας ορίζεται ως η μάζα ανά μονάδα όγκου της ουσίας. Το σύμβολο για την πυκνότητα που χρησιμοποιείται πιο συχνά είναι το ρ  (το πεζό ελληνικό γράμμα rho), αν και το λατινικό γράμμα D μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί για να αναπαραστήσει την ποσότητα. Η πυκνότητα ορίζεται μαθηματικά ως το γινόμενο της μάζας διαιρούμενο με τον όγκο:

ρ =m/V

Όπου ρ  υποδηλώνει την πυκνότητα και

Η μάζα αντιπροσωπεύεται από το γράμμα m.

Το γράμμα V σημαίνει τόμος.

Η πυκνότητα ενός υλικού αλλάζει ως απόκριση στις μεταβολές της θερμοκρασίας και της πίεσης. Τα στερεά και τα υγρά συνήθως παρουσιάζουν μόνο μικρές διακυμάνσεις, ενώ το αέριο παρουσιάζει σημαντικά μεγαλύτερες διακυμάνσεις. Η αύξηση της πίεσης που ασκείται σε ένα αντικείμενο προκαλεί συρρίκνωση του όγκου του αντικειμένου, με αποτέλεσμα την αύξηση της πυκνότητάς του. Με λίγες εξαιρέσεις, η αύξηση της θερμοκρασίας μιας ουσίας προκαλεί μείωση της πυκνότητάς της αυξάνοντας τον όγκο της ουσίας. Η αύξηση της μεταφοράς θερμότητας από το κάτω μέρος προς την κορυφή ενός ρευστού στα περισσότερα υλικά συμβαίνει λόγω της μειωμένης πυκνότητας του θερμαινόμενου ρευστού, η οποία προκαλεί την άνοδό του σε σύγκριση με το πυκνότερο μη θερμαινόμενο υλικό στα περισσότερα υλικά.

Ειδικό Βάρος

Όταν μια ουσία έχει πυκνότητα μεγαλύτερη ή ίση με αυτή του νερού σε μια καθορισμένη θερμοκρασία, λέγεται ότι έχει ειδικό βάρος, που είναι μια αδιάστατη ποσότητα που ορίζεται ως ο λόγος της πυκνότητας της ουσίας προς την πυκνότητα του νερού σε αυτή τη θερμοκρασία και εκφράζεται ως

Ειδικό βάρος, S=ρsubstsnce / ρwater

Εδώ, ρsubstsnce =Πυκνότητα της ουσίας που μετράται

ρwater  =  Πυκνότητα αναφοράς

Είναι κοινή πρακτική να χρησιμοποιείται η πυκνότητα του νερού στους 4oC ως σημείο αναφοράς, επειδή το νερό σε αυτή τη θερμοκρασία έχει την υψηλότερη πυκνότητα 1000 kg/m3, γεγονός που το καθιστά εξαιρετικό σημείο αναφοράς.

Το ειδικό βάρος ορίζεται ως ο λόγος της πυκνότητας μιας ουσίας ή υγρού προς την πυκνότητα του νερού σε μια δεδομένη θερμοκρασία και πίεση υπό ορισμένες συνθήκες. Επομένως, οποιαδήποτε αλλαγή στη θερμοκρασία ή την πίεση θα έχει επίδραση στην πυκνότητα μιας ουσίας.

Διαφορά μεταξύ πυκνότητας και ειδικού βάρους

• Η πυκνότητα ορίζεται ως η μάζα ενός αντικειμένου ανά μονάδα όγκου, ενώ η σχετική πυκνότητα, γνωστή και ως ειδικό βάρος, ορίζεται ως ο λόγος του βάρους μιας ουσίας προς το βάρος του ίδιου όγκου νερού. Η πυκνότητα και το ειδικό βάρος είναι δύο διαφορετικές έννοιες.
• Η πυκνότητα μιας ουσίας μπορεί να υπολογιστεί γνωρίζοντας το βάρος και τον όγκο της, ενώ το ειδικό βάρος μιας ουσίας μπορεί να υπολογιστεί διαιρώντας την πυκνότητα μιας ουσίας με την πυκνότητα του νερού.
• Όταν πρόκειται για την πυκνότητα, χρησιμοποιείται η απόλυτη τιμή, ενώ το ειδικό βάρος αντιπροσωπεύεται στη σχετική τιμή.
• Το ειδικό βάρος, από την άλλη, δεν έχει μονάδα SI και για την πυκνότητα αντιπροσωπεύεται σε κιλά ανά κυβικό μέτρο. Το σύμβολο για την πυκνότητα είναι και αναπαρίσταται σε κιλά ανά κυβικό μέτρο.
• Όταν πρόκειται για οικιακές και εμπορικές εφαρμογές, η πυκνότητα χρησιμοποιείται συχνά. Ωστόσο, το ειδικό βάρος συναντάται συχνότερα κατά τη μέτρηση της συγκέντρωσης των διαλυμάτων σε βιομηχανικά περιβάλλοντα.

Οι τιμές ειδικού βάρους μιας ουσίας δεν συναντώνται συχνά στην καθημερινή ζωή. Είναι, από την άλλη πλευρά, εξαιρετικά χρήσιμο για την πρόβλεψη εάν κάτι θα επιπλέει ή όχι όταν βυθιστεί στο νερό. Μια άλλη εφαρμογή είναι να προσδιοριστεί εάν μια ουσία είναι πιο πυκνή από μια άλλη συγκρίνοντας τις πυκνότητες της. Το καθαρό νερό έχει πυκνότητα περίπου 1 γραμμάριο ανά κυβικό εκατοστό και είναι διαφανές. Ως αποτέλεσμα, το ειδικό βάρος και η πυκνότητα είναι σχεδόν ίσα σε μέγεθος και αναλογία. Στην πραγματικότητα, η πυκνότητα είναι μόνο ένα κλάσμα τοις εκατό μικρότερη από τον αριθμό ειδικού βάρους.

Η πυκνότητα και το ειδικό βάρος δεν είναι ποτέ το ίδιο γιατί η πυκνότητα έχει μονάδες και το ειδικό βάρος είναι αδιάστατο. Ωστόσο, όταν πληρούνται τρεις προϋποθέσεις, οι δύο είναι αριθμητικά ίσες:

Η πυκνότητα μετριέται σε γραμμάρια ανά κυβικό εκατοστό, γραμμάρια ανά χιλιοστόλιτρο ή κιλά ανά λίτρο, ανάλογα με τη μονάδα μέτρησης.

Όταν μετρώνται στην ίδια θερμοκρασία, η πυκνότητα και το ειδικό βάρος είναι τα ίδια.

Το Ειδικό Βάρος υπολογίζεται χρησιμοποιώντας νερό στους 4 βαθμούς Κελσίου, όπου η πυκνότητά του είναι πολύ κοντά στο 1 γραμμάριο ανά κυβικό εκατοστό και το Ειδικό Βάρος του είναι 0. Είναι δυνατός ο υπολογισμός της πυκνότητας ενός υλικού πολλαπλασιάζοντας το Ειδικό Βάρος με την Πυκνότητα του νερό στη θερμοκρασία αναφοράς.

Πώς να υπολογίσετε την πυκνότητα και το ειδικό βάρος

Οι αριθμοί ειδικού βάρους δεν είναι πολύ χρήσιμοι για οτιδήποτε άλλο εκτός από την πρόβλεψη του εάν κάτι θα επιπλέει ή όχι στο νερό και τη σύγκριση εάν μια ουσία είναι περισσότερο ή λιγότερο πυκνή από μια άλλη. Ωστόσο, επειδή η πυκνότητα του καθαρού νερού είναι τόσο κοντά στο ένα (0,9976 γραμμάρια ανά κυβικό εκατοστό), το ειδικό βάρος και η πυκνότητα του καθαρού νερού είναι σχεδόν ταυτόσημες όταν εκφράζονται σε γραμμάρια ανά κυβικό εκατοστό (g/cc). Το ειδικό βάρος είναι λιγότερο πυκνό από την πυκνότητα, με ένα μικρό περιθώριο.

Συμπέρασμα

Η πυκνότητα και το ειδικό βάρος είναι και τα δύο μέτρα μάζας που μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τη σύγκριση διαφορετικών τύπων ουσιών. Δεν είναι, ωστόσο, οι ίδιες μετρήσεις μεταξύ τους. Το ειδικό βάρος μιας ουσίας είναι μια έκφραση της πυκνότητάς της σε σχέση με την πυκνότητα ενός προτύπου αναφοράς (συνήθως νερού). Επιπλέον, η πυκνότητα εκφράζεται σε μονάδες (βάρος σε σχέση με το μέγεθος), ενώ το ειδικό βάρος εκφράζεται ως καθαρός αριθμός ή ως αδιάστατη ποσότητα.