Định nghĩa mật độ và đơn vị SI là gì?
Mật độ(Density) là khối lượng của vật chất trong một đơn vị thể tích, ký hiệu ρ(chữ cái Hy Lạp rho), công thức định nghĩa ρ=m/V, tức là khối lượng chia cho thể tích. Đơn vị SI là kg/m³(kilôgam trên mét khối). Mật độ nước tinh khiết ở 4°C khoảng 1000 kg/m³=1 g/cm³=1 kg/dm³, đây là giá trị chuẩn dễ nhớ. Mật độ là thuộc tính vốn có của vật chất, có thể sử dụng để nhận dạng vật chất, tính toán lực nổi, phân tích cơ học chất lỏng v.v.
Mối quan hệ giữa g/cm³, kg/dm³, kg/L là gì? Liên quan gì đến nước?
1 g/cm³ = 1 kg/dm³ = 1 kg/L = 1000 kg/m³, các giá trị số của các đơn vị này bằng nhau, đều bằng mật độ nước tinh khiết ở 4°C. Điều này là do 1cm³=1mL=1cc=10⁻⁶m³, 1dm³=1L=0,001m³. Do đó, khi biểu thị mật độ nước bằng các đơn vị khác nhau, giá trị số chính xác là: 1000 kg/m³, 1 g/cm³, 1 kg/dm³, 1 kg/L, rất tiện lợi để nhớ.
Tại sao sổ tay kỹ thuật và vật liệu thường dùng g/cm³?
Phạm vi giá trị của g/cm³ vừa vặn bao phủ mật độ chất rắn và chất lỏng phổ biến: nước 1,0, cồn 0,79, xăng 0,72, cơ thể người khoảng 1,02, nhôm 2,70, sắt 7,87, đồng 8,96, chì 11,34, vàng 19,32, osmi 22,57, các giá trị số đều nằm trong khoảng 0,6~23, chỉ cần số nguyên hoặc một hai chữ số thập phân, thuận tiện đọc và nhớ. Trong khi sử dụng kg/m³ thì các số này đều là ba chữ số(nước 1000, sắt 7870, đồng 8960), mặc dù cũng rõ ràng nhưng thêm 3 số 0.
Cách sử dụng lb/ft³, lb/in³, lb/gal?
Đơn vị mật độ hệ Anh vẫn được sử dụng rộng rãi trong kỹ thuật Anh-Mỹ, hàng không vũ trụ, dầu mỏ, ngành xây dựng: 1 lb/ft³(pao trên foot khối)≈16,02 kg/m³, là đơn vị phổ biến cho trọng lượng thể tích vật liệu xây dựng, mật độ không khí(không khí khoảng 0,0765 lb/ft³, nước khoảng 62,4 lb/ft³); 1 lb/in³(pao trên inch khối)≈27680 kg/m³, sử dụng cho tính toán ứng suất cơ khí kim loại cường độ cao; lb/USgal(pao trên galông Mỹ) và lb/UKgal(pao trên galông Anh) sử dụng cho vận chuyển và pha chế nhiên liệu lỏng, dung dịch hóa chất.
Mật độ của các chất phổ biến là bao nhiêu?
Mật độ vật liệu phổ biến(g/cm³, giá trị gần đúng): khí——không khí 0,0012, hydro 0,00009; chất lỏng——xăng 0,72, cồn 0,79, nước 1,00, nước biển 1,025, sữa 1,03, axit sulfuric 1,84, thủy ngân 13,55; kim loại——magie 1,74, nhôm 2,70, titan 4,51, sắt/thép 7,87, đồng 8,96, bạc 10,49, chì 11,34, vàng 19,32, osmi 22,57(dày đặc nhất trong vỏ trái đất); khác——băng 0,92(nổi trên nước), cơ thể người 1,02, thủy tinh 2,5, bê tông 2,4, gỗ 0,4~0,8, nhựa 0,9~1,4.
Sự khác biệt giữa mật độ và tỷ trọng(mật độ tương đối) là gì?
Tỷ trọng(Specific Gravity, SG) là tỷ số giữa mật độ vật chất và mật độ nước(4°C), là số thuần túy không thứ nguyên. Tỷ trọng=ρ/ρnước, do đó giá trị số tỷ trọng bằng giá trị số g/cm³ hoặc kg/dm³(vì nước=1g/cm³). Ví dụ mật độ sắt 7,87 g/cm³ tương ứng tỷ trọng 7,87, chì 11,34 tương ứng tỷ trọng 11,34. Tỷ trọng được ứng dụng rộng rãi trong ngành dầu mỏ, hóa chất, sản xuất rượu, độ API, độ cồn, độ Baume đều là các chỉ số dẫn xuất của tỷ trọng.
Vật thể nổi hay chìm trong chất lỏng được quyết định bởi gì?
Theo nguyên lý lực nổi Archimedes: khi mật độ trung bình của vật thể<mật độ chất lỏng thì nổi, > thì chìm, = thì lơ lửng. Ví dụ: mật độ băng 0,92g/cm³<nước 1,0 nên tảng băng trôi trên mặt nước(90% dưới nước); sắt 7,87 lớn hơn nhiều so với nước nên sẽ chìm, nhưng tàu làm bằng sắt do rỗng nên mật độ trung bình tổng thể<nước nên có thể nổi; mật độ cơ thể người khoảng 1,02 lớn hơn một chút so với nước, sau khi thở ra thì chìm, hít vào hoặc phổi chứa đầy không khí thì có thể nổi; Biển Chết nồng độ muối cực cao mật độ khoảng 1,24g/cm³, người có thể nổi dễ dàng.
Tại sao mật độ khí sử dụng kg/m³ thay vì g/cm³?
Trong điều kiện tiêu chuẩn(0°C, 1atm) mật độ khí nhỏ hơn nhiều so với chất lỏng chất rắn: không khí khoảng 1,29 kg/m³=0,00129 g/cm³, nếu biểu thị bằng g/cm³ sẽ có nhiều số 0 đứng đầu(0,00129), khó đọc. Khi sử dụng kg/m³ thì không khí là 1,29, hydro 0,09, oxy 1,43, carbon dioxide 1,98, clo 3,21, giá trị số trực quan hơn. Mật độ khí có mối quan hệ chặt chẽ với nhiệt độ và áp suất(khí lý tưởng ρ=PM/RT), thường ghi rõ điều kiện nhiệt độ áp suất.
Sự khác biệt giữa trọng lượng thể tích, mật độ biểu kiến, mật độ thực là gì?
Mật độ thực(True Density) là mật độ của bản thân vật liệu(không bao gồm lỗ rỗng), ví dụ thép 7,87 g/cm³; mật độ biểu kiến(Apparent Density) là mật độ khối bao gồm lỗ kín bên trong; trọng lượng thể tích/mật độ khối(Bulk Density) là mật độ tổng thể bao gồm khoảng trống khi vật liệu rời/bột tích tụ tự nhiên, ví dụ trọng lượng thể tích xi măng rời khoảng 1300 kg/m³, cát khô 1600 kg/m³, thóc khoảng 600 kg/m³, nước trong kỹ thuật cũng thường biểu thị mật độ trọng lượng bằng trọng lượng thể tích γ=9,8kN/m³(hoặc đơn giản hóa 10kN/m³).
Ý nghĩa kỹ thuật của sự khác biệt mật độ kim loại là gì?
Mật độ trực tiếp quyết định trọng lượng của bộ phận cùng thể tích, là chìa khóa cho việc nhẹ hóa trong hàng không vũ trụ, ô tô, sản phẩm 3C: nhôm 2,7 nhẹ hơn thép 7,87 khoảng 2/3, magie 1,74 nhẹ hơn nhưng cường độ thấp hơn; titan 4,5 nhẹ hơn thép 43% nhưng cường độ cao, chống ăn mòn, sử dụng cho hàng không/y tế; vật liệu composite sợi carbon khoảng 1,6 là lựa chọn hàng đầu cho nhẹ hóa cao cấp hàng không vũ trụ; chì 11,34, vonfram 19,3, uranium nghèo 19,1 sử dụng làm đối trọng, che chắn bức xạ, đạn xuyên giáp; đồng 8,96, bạc 10,5 mật độ cao dẫn điện tốt, sử dụng cho dây điện/tiếp điểm.
Mối quan hệ giữa mật độ chất lỏng và nhiệt độ là gì?
Mật độ chất lỏng thường giảm khi nhiệt độ tăng(nở vì nhiệt co vì lạnh), nước có mật độ lớn nhất(1000 kg/m³) ở 3,98°C, cao hơn hoặc thấp hơn nhiệt độ này mật độ đều nhỏ hơn một chút(đây cũng là lý do định nghĩa chuẩn mật độ nước ở 4°C). Mật độ nhiên liệu thay đổi rõ ràng theo nhiệt độ: mật độ xăng khoảng 0,72~0,78 g/cm³, mùa hè nở ra thể tích lớn hơn, cùng khối lượng chiếm thể tích lớn hơn; nhiên liệu máy bay được đo bằng khối lượng(kg hoặc lb) thay vì thể tích(L hoặc gal), vì sự thay đổi thể tích ở các nhiệt độ khác nhau sẽ ảnh hưởng đến tính toán tầm bay.
Công cụ này hỗ trợ những đơn vị mật độ nào? Tại sao không có g/mL, oz/gal?
Công cụ này hỗ trợ 7 đơn vị mật độ: kg/m³, g/cm³, kg/dm³, lb/ft³, lb/in³, lb/USgal, lb/UKgal, bao phủ hơn 90% các tình huống sử dụng hàng ngày trong vật lý, kỹ thuật, vật liệu, hóa chất. Lưu ý g/mL hoàn toàn bằng giá trị số với g/cm³(1mL=1cm³), kg/L bằng giá trị số với kg/dm³, do đó không cần thêm trùng lặp; oz/gal(ao-xơ trên galông) chủ yếu sử dụng cho các tình huống nồng độ xử lý nước/hóa chất cụ thể, lb/gal đã có thể bao phủ nhu cầu chuyển đổi mật độ chất lỏng hệ Anh chính.
