Физическая величина «плотность». как найти плотность экспериментально и теоретически?

Экономика и социальные науки

В экономике и науках об обществе термин обозначает долю определенного фактора в общей структуре. Это понятие имеет большое значение, так как позволяет судить о значимости какого-либо сектора, его ценности, доле в целом направлении.

Формула удельного веса в экономике: У. в. = Значение отдельной графы таблицы / Сумма всех граф таблицы.

В этом уравнении делимое и делитель выражены в одних и тех же единицах измерения, следовательно, искомая величина будет представлена в виде правильной десятичной дроби или в процентах.

Подобные вычисления проводятся в экономике, хозяйственной деятельности, социологии, статистике и многих других дисциплинах, требующих анализа данных.

При вычислении важно понимать две вещи:

• Знаменатель дроби представляет собой 100%, и сумма показателей для всех граф таблицы не может его превышать. Так, если сложить процентные доли всех статей бюджета, мы получим 100%, не более и не менее.
• Результат вычисления не может быть отрицательным, ведь он представляет собой долю целого.

Несмотря на то что две приведенные формулы отличаются друг от друга и оперируют разными величинами, в них все же есть кое-что общее. В обоих случаях вычисляется вес объекта, его значимость, влияние на другие объекты и ситуацию в целом.

NX200t (NX300)

Турбо у нас идет с маркировкой NX200t до 17 года и после рестайлинга его обозвали NX300.

Как видите, сколько бы Тойота/лексус не противился созданию турбоагрегатов, в конечном итоге они всё-таки отчасти пошли по пути развития немецкого моторостроения.

8AR-FTS

Двигатель 8AR-FTS (238 л.с.). Это тоже алюминиевая цепная двухлитрушка, но со своими особенностями. Очень много внимания здесь уделили процессам теплообмена, что привело к некоторым нестандартным решениям. Сумасшедший мотор. Давайте, я расскажу, сколько тут не совсем новых, но необычных решений, а вы скажете, может такой мотор беспроблемно работать или нет. Погнали:

— ГБЦ с несъемным выпускным коллектором, точнее он создан заодно с ГБЦ. Примерно, как у новых ВАГ-овских моторов;

— три термостата: на радиаторе, в блоке цилиндров и в коллекторе ГБЦ;

— двухкамерный поддон;

— комбинированный впрыск. То есть и распределённый и непосредственный (8 форсунок);

— водяной интеркулер с отдельной электропомпой.

— сама турбина не Гаретт, не IHI, не Borg Warner, а собственной разработки. Без изменяемой геометрии, но с двумя горячими крыльчатками (Twin-Scroll). То есть по крыльчатке на пару цилиндров.

Вот нагородили, да?

Ну что, владельцы BMW, потекли слюни в предвкушении списка с болячками? Разворачиваю бюллетень слабых мест?

Так вот с появлением улитки к 8AR подтянулись некоторые проблемы. Например, слабым местом тут прослыл вакуумный регулятор актуатора турбонаддува (кат. Номер 25819-0w010). Периодически отказывает. Стоит в оригинале 6 тр.

Дальше

Комбинированный впрыск привёл к тому, что повысилась чувствительность топливной системы к качеству бензина, а в наших краях это важно

И всё. Всёоо….

Мне больше нечего перечислить. Понятно, рано или поздно что-то из навороченного будет давать сбои от старости. Будет что-то такое ломаться из того, что могло тут и не быть вообще, но сейчас уже понятно, что на ранних пробегах до 150-ти ткм ничего не «сыпется».

Что интересно, с самой турбиной проблем раньше разумных сроков не бывает, во многом благодаря продуманной системе теплообмена. Отметку 150 000 км она преодолевает точно, даже при замене масла по регламенту (регламент 10 ткм).

Двигателем 8AR-FTS японцы доказали всему миру, что бензиновые турбоагрегаты они не пускали в серию до тех пор, пока не научились их делать качественно. Эх, жаль, что про помпу забыли. Ломается она тут тоже.

Как влияют внешние воздействия на расчет

Понятие «плотность» зависимо от условий окружающей среды, в которых происходит ее измерение. По мере повышения либо понижения температуры плотность начинает постепенно уменьшаться. Например, плотность воды при температуре кипения составляет 958,4 кг/м3. Однако таким образом ведут себя не все жидкости. Многие, испытывая понижение температуры, увеличивают свою плотность.

Пример

Водка при 20°C имеет плотность 935 кг/м3, а при 80°C — 888; нафталин при 230°C — 865 кг/м3, при 320°C — 794 кг/м3; раствора сахара при 20°C — 1333 кг/м3, при 100°C — 1436 кг/м3. Значение аналогичных величин вынесены в специальные таблицы, которые носят справочный характер.

Для вычисления ρ при изменении температуры вещества применяется формула:

\(\rho t=\rho20\div(1+\beta t\times(t-20))\)

Существуют особенности изменения плотности при переходе вещества из одного агрегатного состояния в другое. Так, обычная вода при затвердевании уменьшает свою плотность. Касательно других жидкостей — при переходе в твердое состояние ρ чаще растет.

Еще один внешний фактор, под действием которого жидкость сжимается, а, следовательно, ее плотность меняется, является внешнее давление. Однако так называемая сжимаемость жидкого вещества совсем невелика — 10-6бар.

Для характеристики реакции жидкого тела на воздействие внешнего давления вводится термин — сжимаемость. Она высчитывается по формуле:

\(\beta w=\Delta W\div W\times\Delta p=1\div\rho\times(\Delta\rho\div\Delta p)\)

Где βw — коэффициент объемного сжатия, ΔW — разница в изменении объема, Δρ — изменение плотности, Δp — изменение объема.

Введена еще одна величина, имеющая отношение к сжимаемости. Это объемный модуль упругости (Еж).

Она обратна коэффициенту объемного сжатия и определяется по формуле:

\(Еж=1\div\beta.\)

В качестве единицы измерения выступает Па — паскаль. Для примера, Еж воды равняется 2 000 МПа. 

Что важно учесть?

Следует заметить, что данный метод годится лишь для плотных каменных пород с незначительным водопоглощением (не более 2 %). Если эта характеристика выше (до 5 %), сухой образец, предварительно взвесив, вначале необходимо поместить в водную среду для насыщения. Затем определяется средняя плотность вышеуказанным методом. Насыщение считается полным, если при водопоглощении вес прекращает прирастать.

Пористые камни (чаще всего это известняки или туфы) обладают малой прочностью. Их легко обработать — обычной ножовкой по металлу выпилить образец нужной формы (например, кубик) и путем измерения граней подсчитать его объем.

Факторы, влияющие на показания

Есть еще один вопрос, которым задается винодел, используя виномер бытовой. Как пользоваться прибором в том случае, когда температура пробы отличается от температуры его калибровки? Обычно она равна 20 °C , но для уверенности необходимо свериться с инструкциями изготовителя. Более высокие температуры являются причиной заниженных показаний. Поэтому полученный результат следует откорректировать.

Наиболее важным фактором, оказывающим влияние на то, как пользоваться виномером-сахаромером, является наличие алкоголя. Его плотность меньше, чем у воды, и поплавок опускается ниже. Для ареометра это имеет такие последствия: поскольку сахар поплавок поднимает, присутствие этих двух компонентов в вине оказывает взаимное влияние друг на друга. Шкала, измеряющая уровень сахара, точна только до начала ферментации, когда никакого алкоголя в жидкости не присутствует. Вино, которое перебродило насухо, будет иметь отрицательные значения этой шкалы.

К счастью, действие спирта на ареометр предсказуемо и может быть учтено при выводе математических формул, используемых для расчета содержания алкоголя и остаточного процента сахара. Вот где есть преимущество использования удельной плотности – для сухого вина она будет ниже 0,999, что можно применять в расчетах.

Ареометр для проверки плотности

Проверка плотности аккумулятора ареометром осуществляется в несколько этапов. Прибор имеет простую конструкцию, позволяющую определить плотность жидкости по принципу закона Архимеда. По внешнему виду прибор напоминает герметично запаянную ампулу с нанесенной шкалой деления. Для калибровки ареометра используются дробь и ртуть. Прибор продается в наборе с резиновой «грушей» и стеклянной мерной колбой, позволяющей мерить раствор без риска для приспособлений

При работе с электролитом необходимо соблюдать меры индивидуальной защиты, использовать резиновые перчатки и прорезиненый фартук. Инструкция, как проверить плотность АКБ предусматривает следующий порядок:

1. АКБ очищают от пыли и загрязнений;
2. Размещают агрегат на ровной поверхности;
3. Снимают с банок крышки;
4. «Грушей» набирают электролит и сливают в колбу;
5. Опускают ареометр в жидкость.

Рекомендуем: Аккумулятор Tudor Technica: технология выбора Важным условием проведения процедуры является обязательная полная зарядка аккумулятора перед проверкой плотности электролита. Владельцу автомобиля следует учесть, что процесс зарядки АКБ сопровождается выделением из банок химически активных вещество: водорода и кислорода, соединение которых может привести к взрыву. Избежать неприятной ситуации поможет принудительная вентиляция помещения. Время зарядки может длиться до 6 часов.

2 Нормативные ссылки

В настоящем стандарте использована нормативная ссылка на следующий стандарт: ГОСТ 28947-91 (ИСО 1768-75) Ареометры стеклянные. Стандартное значение коэффициента объемного термического расширения (для использования при подготовке поправочных таблиц для жидкостей) Примечание — При пользовании настоящим стандартом целесообразно проверить действие ссылочных стандартов в информационной системе общего пользования — на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет или по ежегодно издаваемому информационному указателю «Национальные стандарты», который опубликован по состоянию на 1 января текущего года, и по соответствующим ежемесячно издаваемым информационным указателям, опубликованным в текущем году. Если ссылочный стандарт заменен (изменен), то при пользовании настоящим стандартом следует руководствоваться заменяющим (измененным) стандартом. Если ссылочный стандарт отменен без замены, то положение, в котором дана ссылка на него, применяется в части, не затрагивающей эту ссылку.

Процесс армирования

Как определить плотность

Важно отметить, что, определяя плотность строительных материалов, можно использовать специальные справочные таблицы, где даны эти величины для различных веществ. Также разработаны методы и алгоритмы расчета, которые позволяют получать такие данные на практике, если отсутствует доступ к справочным материалам

Плотность определяется у:

• жидких тел прибором ареометром (например, известный всем процесс измерения параметров электролита автомобильного аккумулятора);
• твердых и жидких веществ с помощью формулы при известных исходных данных массы и объема.

Все самостоятельные вычисления, конечно, будут иметь неточности, ведь сложно достоверно определить объем, если тело имеет неправильную форму.

Как поднять плотность электролита

Понизить или повысить плотность электролита в аккумуляторе можно путем откачивания его определенного количества, и долива взамен дистиллированной воды или электролита с повышенной плотностью (корректирующего). Данная процедура требует больших временных затрат, так как цикл откачки-долива может повторяться несколько раз, пока не будет достигнуто требуемое значение. После каждой корректировки необходимо поставить аккумулятор на зарядку (минимум на 30 минут), а затем дать ему постоять (0.5-2 часа). Эти действия необходимы для лучшего перемешивания электролита и выравнивания плотности в банках.

В процессе поднятия (или понижения) плотности электролита не стоит забывать и о контроле его уровня. Он осуществляется стеклянной трубкой с двумя отверстиями по краям. Один край погружается в электролит до тех пор, пока не упрется в предохранительную сетку

Далее верхний конец закрывается пальцем, а сама трубка осторожно поднимается вместе со столбиком жидкости внутри. Высота этого столбика указывает на расстояние от верхней кромки пластин до поверхности залитого электролита

Оно должно составлять 10-15 мм. Если аккумулятор имеет индикатор (тубус) или прозрачный корпус с нанесенными метками минимума и максимума, то контролировать уровень значительно проще.

Не стоит забывать, что все операции с электролитом необходимо выполнять осторожно, используя защитные перчатки и очки. Свинцово-кислотным аккумуляторам уже более полутора столетий, но позиции в автомобилестроении они не сдают и по сей день

Главных причин тому две: низкая себестоимость и морозоустойчивость. Литий-ионный аккумулятор, пускай он и гораздо компактнее и легче при сопоставимой с свинцово-кислотным емкости, но стоит в разы дороже и уже при 0° С его емкость упадет вдвое (в то время как у свинцовой батареи это произойдет только при -30° С). И это не говоря уже о гораздо большей требовательности к условиям заряда и разряда

Свинцово-кислотным аккумуляторам уже более полутора столетий, но позиции в автомобилестроении они не сдают и по сей день. Главных причин тому две: низкая себестоимость и морозоустойчивость. Литий-ионный аккумулятор, пускай он и гораздо компактнее и легче при сопоставимой с свинцово-кислотным емкости, но стоит в разы дороже и уже при 0° С его емкость упадет вдвое (в то время как у свинцовой батареи это произойдет только при -30° С). И это не говоря уже о гораздо большей требовательности к условиям заряда и разряда.

Необслуживаемые кальциевые и AGM-аккумуляторы завоевывают все большую популярность, но АКБ традиционной конструкции с возможностью обслуживания все так же можно увидеть под капотом автомобиля. Контроль уровня и состояния электролита увеличивает ресурс аккумулятора, а самое главное – страхует от проблем зимой, что «рукастому» владельцу только в плюс.

Чем и как проверяют плотность электролита в аккумуляторе

Проверять уровень электролита в рабочем растворе, помимо ареометра и мультиметра, можно и самодельным прибором.

Специальное устройство для измерения плотности (ареометр) представляет собой обычную стеклянную трубку, верхняя часть которой заужена и имеет шкалу с делениями. Нижняя часть трубки широкая в ней находится дробь или ртуть, которую засыпают строго определенное количество во время калибровки ареометра. В автомагазинах такой прибор продается в наборе с резиновой «грушей» для забора электролита и мерной колбой, в которой размещен сам ареометр.

Важно знать

Принцип действия прибора основан на законе Архимеда, а плотность электролита определяют по глубине погружения ареометра (объему жидкости, вытесненной им), и весу устройства.

Ареометр для измерения электролита

Прежде чем проверять уровень электролита в автомобильном аккумуляторе, надо учитывать следующие правила:

• батарея должна быть выставлена на ровной поверхности;
• температура аккумулятора должна составить около 20-25 градусов тепла;
• замер уровня плотности производится не в одной, а во всех банках;
• проверка рабочей величины осуществляется не раньше, чем через десять часов с последней поездки либо через три часа после подзарядки;
• аккумуляторную батарею необходимо предварительно зарядить.

Измерение ареометром

Подробнее о том, как для измерения уровня плотности пользоваться ареометром:

1. На отключенном аккумуляторе откручиваются все банки.
2. В одну из банок концом вставляется ареометр, на другом его конце располагается груша, с ее помощью делается забор жидкости. Её в устройстве должно быть столько, чтобы его поплавок свободно болтался в емкости.
3. Производится определение уровня плотности в соответствии с показаниями на шкале тестера. Полученные параметры записываются.
4. Диагностика параметра плотности повторяется для каждой банки. Все полученные параметры сопоставляются с нормированными значениями, указанными в таблице.

Важно знать

Плотность аккумулятора рекомендуется проверять не реже, чем каждые 15-20 тысяч километров пробега.

Таблица: поправка к показаниям ареометра

Температура рабочей жидкости при измерении ее плотности, ºС	Поправка к показаниям, полученным в ходе тестирования ареометром, г/см3
От -55 до -41	-0,05
От -40 до -26	-0,04
От -25 до -11	-0,03
От -10 до +4	-0,02
От +5 до +19	-0,01
От +20 до +30	0,00
От +31 до +45	+0,01
От +46 до +60	+0,02

Как проверить аккумулятор автомобиля мультиметром

Пошаговая инструкция, которая позволит правильно замерить и узнать плотность батареи, выглядит так:

1. Производится сборка измерителя. Для этого к корпусу мультиметра подключаются провода с крокодилами. Сам тестер перед замером переводится в режим «вольтметра».
2. Поворотный переключатель на устройстве переводится в положение 20 В. В результате тестер будет показывать любые параметры ниже этого порога.
3. Затем кабеля соединяются с клеммными выходами аккумулятора — черный контакт идет на отрицательную клемму, красная — на положительную. Если цвет проводов одинаковый, то следует проверить маркировку непосредственно на корпусе мультиметра. На контактах, где кабеля выходят из тестера, должны быть знаки «-» и «+».
4. Производится мониторинг параметра напряжения и полученные данные сравниваются с нормированными. Если батарея заряжена полностью, то рабочий параметр составит 12,7 вольт, соответственно, зарядка устройства не потребуется. В случае, если полученный параметр составил в диапазоне от 12,1 до 12,4 В, то устройство разряжено наполовину, значит, его плотность не соответствует норме. В остальных случаях требуется детальная диагностика аккумулятора и его подзарядка или замена.

Таблица: плотность электролита при проверке мультиметром

Процент заряженности	Плотность электролита, г/см3	Напряжение аккумулятора, В
100%	1,28	12,7
80%	1,245	12,5
60%	1,21	12,3
40%	1,175	12,1
20%	1,14	11,9
0%	1,10	11,7

Измерение плотности электролита самодельным прибором

Принцип замера зимой или летом с помощью самодельного прибора аналогичный, и такой тестер можно соорудить самостоятельно с учетом следующих нюансов:

1. Основным элементом ареометра является поплавок, с помощью которого производится замер.
2. В качестве резервуара можно использовать стеклянную пробирку или другую похожую емкость.
3. В пробирку насыпается пшено или другое сыпучее вещество, также можно использовать кусок свинца или другой грузик.
4. Затем емкость опускается в воду. В месте, где вода будет по уровень, нужно отметить цифру 1, это связано с тем, что данная жидкость имеет плотность 1 г/см3. Затем производится градуировка величин для других растворов с более высокой плотностью.

Диапазон плотностей в природе

Для различных природных объектов плотность меняется в очень широком диапазоне.

• Самую низкую плотность имеет межгалактическая среда (2·10−31—5·10−31 кг/м³, без учёта тёмной материи).
• Плотность межзвёздной среды приблизительно равна 10−23—10−21 кг/м³.
• Средняя плотность красных гигантов в пределах их фотосфер много меньше, чем у Солнца — из-за того, что их радиус в сотни раз больше при сравнимой массе.
• Плотность газообразного водорода (самого лёгкого газа) при нормальных условиях равна 0,0899 кг/м³.
• Плотность сухого воздуха при нормальных условиях составляет 1,293 кг/м³.
• Один из самых тяжёлых газов, гексафторид вольфрама, примерно в 10 раз тяжелее воздуха (12,9 кг/м³ при +20 °C)
• Жидкий водород при атмосферном давлении и температуре −253 °C имеет плотность 70 кг/м³.
• Плотность жидкого гелия при атмосферном давлении равна 130 кг/м³.
• Усреднённая плотность тела человека от 940—990 кг/м³ при полном вдохе, до 1010—1070 кг/м³ при полном выдохе.
• Плотность пресной воды при 4 °C 1000 кг/м³.
• Средняя плотность Солнца в пределах фотосферы около 1410 кг/м³, примерно в 1,4 раза выше плотности воды.
• Гранит имеет плотность 2600 кг/м³.
• Средняя плотность Земли равна 5520 кг/м³.
• Плотность железа равна 7874 кг/м³.
• Плотность металлического урана 19100 кг/м³.
• Плотность атомных ядер приблизительно 2·1017 кг/м³.
• Теоретически верхняя граница плотности по современным физическим представлениям это планковская плотность 5,1·1096 кг/м³.

Что такое плотность?

Если мы поместим алюминиевую плиту (в виде квадрата) с одной стороны шкалы баланса, а с другой, плитки из дерева того же объема, мы увидим, что их массы не совпадают. Алюминиевая плитка будет иметь большую массу. Причины того, что одинаковые объемы алюминия и дерева имеют разные массы, являются их плотностью. Чем больше масса тела (в том же объеме), тело будет иметь более высокую плотность. Плотность пропорциональна массе тела. В нашем эксперименте плотность алюминия выше.

Чтобы показать, насколько плотность зависит от объема тела, мы сообщим следующее: по обеим сторонам весов мы ставим лабораторное стекло. В одном из стаканов мы наливаем воду до отметки 100 мл, а в другой наполним песок, пока обработчик не достигнет нуля, пока мы не получим такую ​​же массу песка и воды.

Мы заметим, что объем песка меньше и может быть прочитан из стекла. Чем меньше объем (при одном и том же весе), плотность будет больше. Плотность обратно пропорциональна объему тела. Тело с меньшим объемом будет иметь более высокую плотность, если их массы одинаковы.

Физический аспект, определяемый по массе и объему, называется плотностью тела (или вещества)

Плотность представляет собой физический размер и обозначается греческой буквой ρ (ro) и представляет собой важное свойство каждого тела или вещества. Плотность показывает, сколько массы определенного вещества находится в единицах объема (1 м3)

Масса 1 м3 золота составляет 19.300 кг, а масса 1 м3 воды — 1000 кг. Плотность равна массе тела, помещенной в 1 м3 объем. Плотность тела получается, когда масса тела делится на его объем:. Единица плотности представляет собой килограмм на кубический метр, и это производная единица. В дополнение к этому устройству используется единица грамма на кубический сантиметр. Связь между этими двумя единицами:. Плотность жидкостей определяется так же, как плотность твердых тел при использовании формулы плотности. По сравнению с твердыми телами, способ измерения массы и объема жидкостей различен. Объем жидкости измеряется градуированным цилиндром. Плотность иногда рассматривается как отношение веса / объема. Это известно как удельный вес. В этом случае единицы измерения составляют Ньютон на кубический метр (Н / м3).

Как измеряют плотность экспериментально?

По сути, существуют две техники определения изучаемой характеристики. Первая заключается в непосредственном взвешивании тела и измерении его линейных размеров.

Если же геометрическая форма тела сложная, тогда используют так называемый гидростатический метод.

Его суть заключается в следующем: сначала взвешивают тело на воздухе. Предположим, что полученный вес составил P₁. После этого тело взвешивают в жидкости с известной плотностью ρ_l. Пусть вес тела в жидкости равен P₂. Тогда значение плотности ρ исследуемого материала составит:

Эту формулу может получить каждый школьник самостоятельно, если рассмотрит закон Архимеда для описанного случая.

Исторически считается, что впервые гидростатическое взвешивание использовал греческий философ Архимед для определения подделки золотой короны. Первые же гидростатические весы были изобретены Галилео Галилеем в конце XVI века. В настоящее время для экспериментального определения величины ρ жидкостей, твердых тел и газов широко используются электронные пикнометры и плотномеры.

Как находят величину?

Плотность металлов — это характеристика, которую можно определить двумя принципиально разными способами:

• экспериментальным;
• теоретическим.

Экспериментальные методы бывают следующего вида:

1. Непосредственные измерения веса тела и его объема. Последний легко вычислить, если известны геометрические параметры тела, а его форма является идеальной, например, призмой, пирамидой или шаром.
2. Гидростатические измерения. В этом случае используются специальные весы, изобретенные еще Галилеем в XVI веке. Принцип их действия достаточно прост: сначала взвешивают тело неизвестной плотности в воздухе, а затем — в жидкости (воде). После этого по простой формуле вычисляют искомую величину.

Что касается теоретического способа определения плотности металлов — это достаточно простой метод, который требует знания типа кристаллической решетки, межатомного расстояния в ней и массы атома. Далее покажем на примере осмия, как этот метод применяют.

Всё про GSM-модули для котла отопления: функции контроллера, популярные модели, эксплуатация

Формула нахождения плотности

Плотность (плотность однородного тела или средняя плотность неоднородного) находится по формуле:

ρ=mV,{\displaystyle \rho ={\frac {m}{V}},}

где m — масса тела, V — его объём;
формула является просто математической записью определения термина «плотность», данного выше.

При вычислении плотности газов при нормальных условиях эта формула может быть записана и в виде:

ρ=MVm,{\displaystyle \rho ={\frac {M}{V_{m}}},}

где М — молярная масса газа, Vm{\displaystyle V_{m}} — молярный объём (при нормальных условиях приближённо равен 22,4 л/моль).

Плотность тела в точке записывается как

ρ=dmdV,{\displaystyle \rho ={\frac {dm}{dV}},}

тогда масса неоднородного тела (тела с плотностью, зависящей от координат) рассчитывается как

m=∫ρ(r)d3r=∫ρ(r)dV=∫dm.{\displaystyle m=\int \rho (\mathbf {r} )d^{3}\mathbf {r} =\int \rho (\mathbf {r} )dV=\int dm.}