คำนิยามของความหนาแน่นและหน่วย SI คืออะไร?
ความหนาแน่น (Density) คือมวลของสารต่อหน่วยปริมาตร สัญลักษณ์ ρ (อักษรกรีก rho) สูตรนิยาม ρ=m/V คือมวลหารด้วยปริมาตร หน่วย SI คือ kg/m³ (กิโลกรัมต่อลูกบาศก์เมตร) ความหนาแน่นของน้ำบริสุทธิ์ที่ 4°C ประมาณ 1000 kg/m³ = 1 g/cm³ = 1 kg/dm³ ซึ่งเป็นค่าอ้างอิงที่จำได้ง่าย ความหนาแน่นเป็นคุณสมบัติเฉพาะของสาร สามารถใช้จำแนกสาร คำนวณแรงลอยตัว วิเคราะห์กลศาสตร์ของไหล ฯลฯ
ความสัมพันธ์ระหว่าง g/cm³, kg/dm³, kg/L คืออะไร? เกี่ยวข้องกับน้ำอย่างไร?
1 g/cm³ = 1 kg/dm³ = 1 kg/L = 1000 kg/m³ หน่วยเหล่านี้มีค่าเท่ากัน ทั้งหมดเท่ากับความหนาแน่นของน้ำบริสุทธิ์ที่ 4°C เนื่องจาก 1 cm³ = 1 mL = 1 cc = 10⁻⁶ m³, 1 dm³ = 1 L = 0.001 m³ ดังนั้นความหนาแน่นของน้ำเมื่อแสดงในหน่วยต่างๆ จะเป็น: 1000 kg/m³, 1 g/cm³, 1 kg/dm³, 1 kg/L ซึ่งจำได้ง่ายมาก
เหตุใดคู่มือวิศวกรรมและวัสดุจึงนิยมใช้ g/cm³?
ช่วงค่าของ g/cm³ ครอบคลุมความหนาแน่นของของแข็งและของเหลวทั่วไปพอดี: น้ำ 1.0, แอลกอฮอล์ 0.79, น้ำมันเบนซิน 0.72, ร่างกายมนุษย์ประมาณ 1.02, อลูมิเนียม 2.70, เหล็ก 7.87, ทองแดง 8.96, ตะกั่ว 11.34, ทองคำ 19.32, ออสเมียม 22.57 ค่าทั้งหมดอยู่ในช่วง 0.6~23 ใช้จำนวนเต็มหรือทศนิยมหนึ่งถึงสองตำแหน่งก็เพียงพอ สะดวกในการอ่านและจดจำ ในขณะที่ใช้ kg/m³ ค่าเหล่านี้จะเป็นเลขสามหลัก (น้ำ 1000, เหล็ก 7870, ทองแดง 8960) ซึ่งก็ชัดเจนแต่มีศูนย์เพิ่ม 3 ตัว
ใช้ lb/ft³, lb/in³, lb/gal อย่างไร?
หน่วยความหนาแน่นระบบอังกฤษยังคงใช้กันอย่างแพร่หลายในวิศวกรรมอังกฤษและอเมริกัน อวกาศและการบิน อุตสาหกรรมน้ำมัน อุตสาหกรรมก่อสร้าง: 1 lb/ft³ (ปอนด์ต่อลูกบาศก์ฟุต) ≈ 16.02 kg/m³ เป็นหน่วยที่ใช้กันทั่วไปสำหรับน้ำหนักปริมาตรวัสดุก่อสร้างและความหนาแน่นของอากาศ (อากาศประมาณ 0.0765 lb/ft³, น้ำประมาณ 62.4 lb/ft³); 1 lb/in³ (ปอนด์ต่อลูกบาศก์นิ้ว) ≈ 27680 kg/m³ ใช้สำหรับคำนวณความเค้นในโลหะความเข้มแข็งสูงและวิศวกรรมเครื่องกล; lb/USgal (ปอนด์ต่อแกลลอนอเมริกัน) และ lb/UKgal (ปอนด์ต่อแกลลอนอังกฤษ) ใช้สำหรับการขนส่งและผสมเชื้อเพลิงเหลว สารละลายเคมี
ความหนาแน่นของสารทั่วไปเป็นเท่าใด?
ความหนาแน่นของวัสดุทั่วไป (g/cm³, ค่าประมาณ): ก๊าซ — อากาศ 0.0012, ไฮโดรเจน 0.00009; ของเหลว — น้ำมันเบนซิน 0.72, แอลกอฮอล์ 0.79, น้ำ 1.00, น้ำทะเล 1.025, นม 1.03, กรดซัลฟิวริก 1.84, ปรอท 13.55; โลหะ — แมกนีเซียม 1.74, อลูมิเนียม 2.70, ไทเทเนียม 4.51, เหล็ก/เหล็กกล้า 7.87, ทองแดง 8.96, เงิน 10.49, ตะกั่ว 11.34, ทองคำ 19.32, ออสเมียม 22.57 (หนาแน่นที่สุดในเปลือกโลก); อื่นๆ — น้ำแข็ง 0.92 (ลอยบนน้ำ), ร่างกายมนุษย์ 1.02, กระจก 2.5, คอนกรีต 2.4, ไม้ 0.4~0.8, พลาสติก 0.9~1.4
ความแตกต่างระหว่างความหนาแน่นและความถ่วงจำเพาะ (ความหนาแน่นสัมพัทธ์) คืออะไร?
ความถ่วงจำเพาะ (Specific Gravity, SG) คืออัตราส่วนของความหนาแน่นของสารต่อความหนาแน่นของน้ำ (ที่ 4°C) เป็นจำนวนบริสุทธิ์ที่ไม่มีมิติ ความถ่วงจำเพาะ = ρ/ρ_water ดังนั้นค่าความถ่วงจำเพาะจะเท่ากับค่าความหนาแน่นใน g/cm³ หรือ kg/dm³ (เนื่องจากน้ำ = 1 g/cm³) ตัวอย่างเช่น ความหนาแน่นของเหล็ก 7.87 g/cm³ สอดคล้องกับความถ่วงจำเพาะ 7.87 ตะกั่ว 11.34 สอดคล้องกับความถ่วงจำเพาะ 11.34 ความถ่วงจำเพาะใช้กันอย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรมน้ำมัน เคมี การผลิตไวน์ ดีกรี API, ดีกรีแอลกอฮอล์, ดีกรีโบเม่ เป็นตัวบ่งชี้ที่ได้จากความถ่วงจำเพาะ
สิ่งใดกำหนดว่าวัตถุจะลอยหรือจมในของเหลว?
ตามหลักการแรงลอยตัวของอาร์คิมิดีส: เมื่อความหนาแน่นเฉลี่ยของวัตถุ < ความหนาแน่นของของเหลว วัตถุจะลอย เมื่อ > จะจม เมื่อ = จะลอยตัวอยู่กับที่ ตัวอย่างเช่น: ความหนาแน่นของน้ำแข็ง 0.92 g/cm³ < น้ำ 1.0 ดังนั้นภูเขาน้ำแข็งจึงลอยอยู่บนน้ำ (90% อยู่ใต้น้ำ); เหล็ก 7.87 มีค่ามากกว่าน้ำมากจึงจม แต่เรือที่ทำจากเหล็กสามารถลอยได้เนื่องจากมีช่องว่างภายในทำให้ความหนาแน่นเฉลี่ยทั้งหมด < น้ำ; ความหนาแน่นของร่างกายมนุษย์ประมาณ 1.02 มากกว่าน้ำเล็กน้อย จะจมหลังจากหายใจออก สามารถลอยได้หลังจากหายใจเข้าหรือเติมอากาศในปอด; ทะเลเดดซีมีความเข้มข้นของเกลือสูงมาก ความหนาแน่นประมาณ 1.24 g/cm³ คนสามารถลอยตัวได้อย่างง่ายดาย
เหตุใดความหนาแน่นของก๊าซจึงใช้ kg/m³ แทนที่จะเป็น g/cm³?
ในสภาวะมาตรฐาน (0°C, 1 atm) ความหนาแน่นของก๊าซน้อยกว่าของเหลวและของแข็งมาก: อากาศประมาณ 1.29 kg/m³ = 0.00129 g/cm³ หากแสดงด้วย g/cm³ จะมีศูนย์นำหน้าหลายตัว (0.00129) ซึ่งไม่สะดวกในการอ่าน เมื่อใช้ kg/m³ อากาศจะเป็น 1.29, ไฮโดรเจน 0.09, ออกซิเจน 1.43, คาร์บอนไดออกไซด์ 1.98, คลอรีน 3.21 ค่าจะเข้าใจง่ายขึ้น ความหนาแน่นของก๊าซมีความสัมพันธ์อย่างใกล้ชิดกับอุณหภูมิและความดัน (ก๊าซอุดมคติ ρ=PM/RT) โดยปกติจะระบุสภาวะอุณหภูมิและความดัน
ความแตกต่างระหว่างน้ำหนักปริมาตร ความหนาแน่นปรากฏ และความหนาแน่นแท้คืออะไร?
ความหนาแน่นแท้ (True Density) คือความหนาแน่นของวัสดุเอง (ไม่รวมรูพรุน) เช่น เหล็กกล้า 7.87 g/cm³; ความหนาแน่นปรากฏ (Apparent Density) คือความหนาแน่นของก้อนวัสดุที่รวมรูพรุนปิดภายใน; น้ำหนักปริมาตร/ความหนาแน่นเชิงปริมาตร (Bulk Density) คือความหนาแน่นทั้งหมดของวัสดุเม็ด/ผงเมื่อสะสมตามธรรมชาติ รวมช่องว่าง เช่น น้ำหนักปริมาตรของซีเมนต์ผงประมาณ 1300 kg/m³, ทรายแห้ง 1600 kg/m³, ข้าวเปลือกประมาณ 600 kg/m³, น้ำในงานวิศวกรรมก็มักแสดงเป็นน้ำหนักปริมาตร γ=9.8 kN/m³ (หรือลดรูปเป็น 10 kN/m³)
ความแตกต่างของความหนาแน่นโลหะมีความสำคัญทางวิศวกรรมอย่างไร?
ความหนาแน่นกำหนดน้ำหนักของชิ้นส่วนที่มีปริมาตรเท่ากันโดยตรง เป็นกุญแจสำคัญของการทำให้น้ำหนักเบาในอวกาศและการบิน ยานยนต์ ผลิตภัณฑ์ 3C: อลูมิเนียม 2.7 เบากว่าเหล็กกล้า 7.87 ประมาณ 2/3, แมกนีเซียม 1.74 เบากว่าแต่มีความเข้มแข็งต่ำกว่า; ไทเทเนียม 4.5 เบากว่าเหล็กกล้า 43% แต่มีความเข้มแข็งสูง ทนต่อการกัดกร่อน ใช้ในอวกาศ/การแพทย์; วัสดุผสมคาร์บอนไฟเบอร์ประมาณ 1.6 เป็นตัวเลือกแรกสำหรับการทำให้น้ำหนักเบาระดับไฮเอนด์ในอวกาศ; ตะกั่ว 11.34, ทังสเตน 19.3, ยูเรเนียมที่สิ้นเปลือง 19.1 ใช้เป็นตัวถ่วงน้ำหนัก เกราะป้องกันรังสี กระสุนเจาะเกราะ; ทองแดง 8.96, เงิน 10.5 มีความหนาแน่นสูงและนำไฟฟ้าได้ดี ใช้สำหรับสายไฟ/จุดสัมผัส
ความสัมพันธ์ระหว่างความหนาแน่นของของเหลวและอุณหภูมิคืออะไร?
ความหนาแน่นของของเหลวมักจะลดลงเมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น (ขยายตัวเมื่อร้อน) น้ำมีความหนาแน่นสูงสุด (1000 kg/m³) ที่ 3.98°C สูงกว่าหรือต่ำกว่าอุณหภูมินี้ความหนาแน่นจะน้อยลงเล็กน้อย (นี่คือเหตุผลที่น้ำที่ 4°C ถูกกำหนดเป็นเกณฑ์อ้างอิงความหนาแน่น) ความหนาแน่นของเชื้อเพลิงเปลี่ยนแปลงอย่างชัดเจนตามอุณหภูมิ: ความหนาแน่นของน้ำมันเบนซินประมาณ 0.72~0.78 g/cm³ ในฤดูร้อนจะขยายตัว ปริมาตรเพิ่มขึ้น มวลเดียวกันใช้ปริมาตรมากขึ้น; เชื้อเพลิงเครื่องบินวัดด้วยมวล (kg หรือ lb) แทนที่จะเป็นปริมาตร (L หรือ gal) เนื่องจากการเปลี่ยนแปลงปริมาตรที่อุณหภูมิต่างๆ จะส่งผลต่อการคำนวณระยะบิน
เครื่องมือนี้รองรับหน่วยความหนาแน่นใดบ้าง? เหตุใดจึงไม่มี g/mL, oz/gal?
เครื่องมือนี้รองรับ 7 หน่วยความหนาแน่น: kg/m³, g/cm³, kg/dm³, lb/ft³, lb/in³, lb/USgal, lb/UKgal ครอบคลุมสถานการณ์การใช้งานประจำวันมากกว่า 90% ในฟิสิกส์ วิศวกรรม วัสดุ เคมีอุตสาหกรรม โปรดทราบว่า g/mL มีค่าเท่ากับ g/cm³ อย่างสมบูรณ์ (1 mL = 1 cm³), kg/L มีค่าเท่ากับ kg/dm³ ดังนั้นจึงไม่จำเป็นต้องเพิ่มซ้ำ; oz/gal (ออนซ์ต่อแกลลอน) ใช้เป็นหลักในสถานการณ์ความเข้มข้นในการบำบัดน้ำ/เคมีเฉพาะ lb/gal สามารถครอบคลุมความต้องการแปลงความหนาแน่นของเหลวระบบอังกฤษหลักแล้ว
