كثافة (p) مادة هي كتلة وحدة حجم واحدة من المادة. وفقًا للوحدات الأساسية لنظام SI ، يتم التعبير عن الكثافة بالكيلوجرام لكل متر مكعب. ومع ذلك ، في دستور الأدوية الدولي ، يتم التعبير عن الكثافة بالكيلوجرام لكل لتر (والذي يتوافق مع جرامات لكل مليلتر) عند درجة حرارة 20 درجة مئوية (p2o) ، معدلة من أجل طفو الهواء (أي في ظروف الفراغ). لأغراض دستور الأدوية ، لا يتم قياس كثافة السوائل مباشرة ، ولكن يتم حسابها من كثافتها النسبية.

الكثافة النسبية d202o هي نسبة كتلة مادة في الهواء عند درجة حرارة 20 إلى كتلة حجم متساوٍ من الماء عند نفس درجة الحرارة. المصطلح "الكثافة النسبية e؟ 202o" يتوافق مع المصطلح المستخدم سابقًا "الثقل النوعي المحدد عند 20 درجة مئوية".

تشير الكثافة النسبية د "إلى نسبة كتلة مادة في الهواء عند 20 درجة مئوية إلى كتلة حجم متساوٍ من الماء عند 4 درجات مئوية. نظرًا لأن الكثافة النسبية للماء عند 20 درجة مئوية هي 0.998234 ، فإن هذه القيم مرتبطة بالمعادلة التالية:

يتم تحديد الكثافة النسبية (dth) باستخدام توازن هيدروستاتيكي (إذا كانت الدقة المحددة في المقالة هي ثلاث منازل عشرية) أو باستخدام مقياس دوران.

إذا كانت المقالة تشير إلى قيمة كثافة p20 (بالكيلو جرام / لتر أو جم / مل) ، يتم قياس الكثافة النسبية وتحسب كثافة الكتلة من القيمة التي تم الحصول عليها وفقًا للمعادلة:

ص 20 = 0.997 (Sch2020 + 0.0012.

باستخدام الميزان الهيدروستاتيكي

تصميم مناسب ، مثبت على حامل H ° RIZONT aln °. يجب أن يكون العوامة أسفل سلك رفيع مصنوع بشكل مفضل

من البلاتين.

لمعايرة الجهاز ، يتم ضبط العوامة على وضع التوازن في الهواء ، ثم يتم غمرها في أسطوانة مملوءة بالماء ، ويتم إنشاء وضع التوازن مرة أخرى عن طريق وضع الدراجين (الأوزان) في فترات الاستراحة المقابلة على الروك. يجب أن يطفو العوامة بحرية في السائل. املأ الأسطوانة بالسائل المراد اختباره وقم بإجراء القياس بنفس الطريقة. يجب التأكد من أن الجزء المغمور من السلك الذي تم تعليق العوامة عليه هو نفسه لجميع القياسات. تعطي كمية الكتلة التي يجب إضافتها لتحقيق التوازن في السائل قيد الاختبار (أو تُطرح إذا كانت كثافة السائل قيد الاختبار أقل من كثافة الماء) مؤشرًا مباشرًا للكثافة النسبية لذلك السائل.

باستخدام مقياس دوران

استخدم مقياس ضغط الدم ذو الشكل المناسب بسعة لا تقل عن 5 مل. قم بوزن مقياس دوران جاف فارغ بدقة واملأه بالسائل المراد اختباره ، والذي سبق أن تم رفع درجة حرارته إلى حوالي 20 درجة مئوية. امسك مقياس الدوران المملوء لمدة 30 دقيقة عند 20 ± 1 درجة مئوية ، وقم بإحضار حجم السائل إلى العلامة باستخدام ، إذا لزم الأمر ، شريط صغير من ورق الترشيح لإزالة السائل الزائد ومسح المدخل من الداخل ، والوزن بدقة . احسب كتلة السائل في مقياس دقات القلب. قم بإزالة السائل ، ونظف وجفف مقياس الدوران ، وكرر القياس بماء خالٍ من ثاني أكسيد الكربون ، P ، أيضًا عند 20 ± 1 درجة مئوية ، واحسب كتلة الماء في مقياس الدوران. تعطي نسبة كتلة سائل الاختبار إلى كتلة الماء الكثافة النسبية (e ؟! o)

يعتمد تأثير التلوث على درجة الغليان إلى حد كبير على طبيعة الشوائب. الشوائب الصغيرة لها تأثير أقل بكثير على درجة الغليان من تأثيرها على نقطة الانصهار. العديد من السوائل العضوية ماصة للرطوبة وبعضها يتحلل عند التخزين. عادةً ما تحتوي المليلتر القليلة الأولى على ماء أو شوائب أكثر تطايرًا والجزء الثاني فقط عبارة عن مادة نقية.

أبسط جهاز لتحديد درجة الغليان هو جهاز تقطير تقليدي (الشكل 666).عند تحديد درجة الغليان ، يجب مراعاة تصحيح الانحراف عن الضغط الطبيعي. بالنسبة للعديد من المواد في الأدبيات المرجعية ، توجد جداول تصحيحات لنقاط الغليان عند ضغوط مختلفة للوصول بها إلى 760 ملم زئبق.

عند العمل بأحجام صغيرة ، يتم استخدام طرق Sivolobov و Emich لتحديد نقطة الغليان.

طريقة سيفولوبوف.يتم وضع بضع قطرات من المادة في أنبوب زجاجي قطره 4-6 مم وطوله 4-5 سم ، ومغلق من طرف واحد. يتم توصيل الأنبوب الذي يحتوي على الشعيرات الدموية بميزان الحرارة بحلقة مطاطية ويوضع في الجهاز لتحديد نقطة الانصهار. عند تسخينها من أنبوب شعري رفيع ، تبدأ فقاعات الهواء في الظهور. تعتبر نقطة الغليان قراءة لميزان الحرارة وقت تكوين سلسلة مستمرة من فقاعات البخار أو تكسرها أثناء التبريد.

طريقة Emich. يتم تحديد نقطة الغليان في أنبوب بشعري مرسوم (حوالي 2 سم). يتم امتصاص قطرة من مادة الاختبار في الشعيرات الدموية ، ثم يتم إغلاق نهاية الشعيرات الدموية بحيث تبقى فقاعة هواء صغيرة بين الطرف المختوم وقطرة المادة. يتم وضع الشعيرات الدموية في جهاز نقطة الانصهار. عند تسخينها ، تتوسع فقاعة الهواء وترفع قطرة المادة إلى أعلى الشعيرات الدموية. تعتبر نقطة الغليان هي قراءة الترمومتر في اللحظة التي يصل فيها قطرة المادة إلى مستوى السائل في حمام التسخين.

5.3 تحديد الكثافة النسبية

تعتبر الكثافة النسبية من أهم الخصائص الفيزيائية والكيميائية للمواد ، ويعد تحديدها من أكثر العمليات شيوعًا. للكثافة أهمية كبيرة

للتعرف على العديد من المركبات السائلة ، لتوصيف المخاليط ، وحساب الانكسار الجزيئي ، إلخ.

كثافة المادة هي نسبة كتلة المادة إلى الحجم الذي تشغله:

ρ = م / ف

الوحدة الأساسية للكثافة في النظام الدولي للوحدات (SI) هي كجم / م 3 (جم / سم 3). عادة في الممارسة المختبرية ، يتم استخدام الكثافة النسبية.

الكثافة النسبية هي نسبة كثافة مادة معينة إلى كثافة مادة أخرى في ظل ظروف فيزيائية معينة. هذه المواد القياسية هي الماء عند درجة حرارة 4 درجات مئوية والضغط الجوي العادي (760 ملم زئبق) أو الهواء الجاف عند 20 درجة مئوية والضغط الجوي العادي:

د = ρ / ρ في

الكثافة النسبية هي كمية بلا أبعاد. تعتمد قيمة d على درجة الحرارة التي يتم تحديدها عندها. لذلك ، يُشار دائمًا إلى درجة الحرارة التي تم عندها التحديد ودرجة حرارة الماء ، والتي يتم أخذ حجمها كوحدة واحدة. يظهر هذا من خلال الفهارس المقابلة. على سبيل المثال ، d20 4 تعني أن كثافة المادة يتم تحديدها عند 20 درجة مئوية وأن كثافة الماء عند 4 درجات مئوية تؤخذ كوحدة للمقارنة

في المختبر ، لتحديد الكثافة النسبية ، كقاعدة عامة ، يتم تحديدها باستخدام أجهزة قياس كثافة السوائل ، ومقاييس ضغط الدم ، والموازين الهيدروستاتيكية ، وما إلى ذلك.

أرز. 57- جهاز تحديد الكثافة:

أ) مقياس كثافة السوائل ؛ ب) مقياس كثافة السوائل مع ميزان حرارة ملحوم ؛ ج) مقياس ضغط الدم

يتكون مقياس كثافة السوائل من أنبوب زجاجي ، يتم توسيع الجزء السفلي منه إلى حد ما وله كرة مملوءة بالرصاص بحيث يكون مقياس كثافة السوائل في وضع رأسي أثناء القياس. يحتوي الجزء العلوي والضيق من الجهاز على مقياس به أقسام. كلما زادت الكثافة النسبية للسائل ، قل غمر مقياس كثافة السوائل فيه ، وبالتالي ، على مقياسه ، يتم تحديد أصغر قيمة للكثافة النسبية في الأعلى ، والأكبر في الأسفل. لتحديد الكثافة النسبية باستخدام مقياس كثافة السوائل ، يُسكب السائل في أسطوانة زجاجية عريضة بسعة 0.5 لتر على الأقل ويتم غمر مقياس كثافة السوائل هناك بعناية ، في محاولة لجعله يطفو بحرية دون لمس الجدران أو أسفل اسطوانة. توضح قيمة الكثافة النسبية للسائل التقسيم على المقياس الذي تم على أساسه إنشاء مستوى السائل.

تُستخدم مقاييس Pycnometers لتحديد الكثافة النسبية للسائل بدقة أعلى. توجد أجهزة قياس السوائل الخاصة: أجهزة قياس اللبن (لتحديد محتوى الدهون في الحليب) ، أجهزة قياس نسبة الكحول (لتحديد نسبة الكحول) ، إلخ.

5.4. تحديد معامل الانكسار

معامل الانكسار هو أحد الثوابت الفيزيائية المهمة جدًا التي تميز مادة معينة. تتغير قيمته مع تغير درجة الحرارة وطول موجة الضوء ، حيث يتم التحديد.

معامل الانكسار n هو نسبة الجيب لزاوية سقوط الضوء على السطح البيني بين وسيطين إلى جيب الزاوية

تُجرى القياسات عادةً عند 20 درجة مئوية تقريبًا وبطول موجي يقابل الطول الموجي للخط الأصفر للصوديوم D (λ = 589.3 نانومتر). لذا فإن الرمز "nD20" يعني أنه تم تحديد معامل الانكسار للخط D لمدة 20 درجة مئوية. بالنسبة لمعظم المواد العضوية السائلة ، يكون معامل الانكسار في النطاق من 1.3 إلى 1.8.

وفقًا لقانون انكسار الضوء ، بالنسبة للوسائط المتجانسة بصريًا ، فإن نسبة جيوب زوايا الوقوع والانكسار هي قيمة ثابتة. مجموعة من الطرق للدراسة الفيزيائية والكيميائية للسوائل والمعادن والمحاليل القائمة على قياس مؤشرات الانكسار تسمى قياس الانكسار.

يتم تحديد مؤشرات الانكسار باستخدام مقياس انكسار IRF-22 (الشكل 59). تفاصيل مهمةإن أجهزة قياس الانكسار التي تعتمد على تحديد زاوية التحديد عبارة عن منشور قياس مصنوع من الزجاج البصري بمعامل انكسار معروف بدقة.

يعتمد معامل الانكسار بشدة على درجة الحرارة. يتم تحديد تأثير درجة الحرارة على انكسار الضوء في مادة ما بواسطة عاملين: تغيير في عدد جسيمات المادة لكل وحدة حجم واعتماد الاستقطاب على درجة الحرارة.

أرز. 59- منظر عام لمقياس الانكسار IRF-22:

1 - النصف العلوي من رأس القياس ؛ 2.9 - عجلة يدوية ؛ 3 - نصف الكرة السفلي لرأس القياس ؛ 4 - مرآة الإضاءة ؛ 5 - مرآة للإضاءة على نطاق واسع ؛ 6 - نافذة 7 - نطاق الإكتشاف ؛ 8 - عينية. 10 - مقياس حرارة

تحديد معامل الانكسار

لتحديد معامل الانكسار ، افتح نصف الكرة العلوي 1 من رأس القياس. امسح وجوه الوتر من المناشير A وقياس B باستخدام الصوف القطني المبلل بالإيثر أو الكحول. بعد ذلك ، يتم إحضار كلتا الطائرتين إلى وضع أفقي. على مستوى منشور القياس ، يتم تطبيق 1-2 قطرات من مادة الاختبار باستخدام ماصة. يجب ألا تلمس الماصة المنشور ، مثل المنشور

لانا من زجاج رصاصي ناعم للغاية. ثم يتم إغلاق الكتلة ويتم تحقيق أقصى قدر من الإضاءة عن طريق تغيير موضع المرآة. يتم تثبيت المرآة المضيئة 4 بحيث يدخل الضوء من المصدر إلى المنشور المضيء ويضيء مجال الرؤية بشكل موحد. يتم وضع المرآة 5 لإضاءة المقياس في مثل هذا الوضع بحيث يدخل الضوء إلى النافذة 6 ، والتي تضيء مقياس الجهاز. بالنظر إلى التلسكوب 7 ، ركز العدسة 8 بحيث يكون مقياس الجهاز مرئيًا بوضوح. عن طريق تدوير دولاب الموازنة 2 ، والمراقبة من خلال العدسة العينية للتلسكوب 8 (الشكل 59) ، وجدوا الحد بين الضوء والظل.

أرز. 60. الحد بين الضوء والظل

إذا كانت حدود الضوء والظل غير واضحة وملونة بلون قزحي ، فمن الضروري تدويرها باستخدام المسمار 9 في أي اتجاه للحصول على صورتها الواضحة. بمساعدة دولاب الموازنة 2 ، يتم محاذاة الحد الفاصل بين الضوء والظل بدقة مع الخطوط المتقاطعة للشبكة ويتم أخذ تقرير على مقياس مؤشر الانكسار (حسب موضع الحد الأفقي). يتم توجيه المرآة الخاصة بإضاءة المقياس بحيث يدخل الضوء إلى النافذة 8 ، والتي تضيء مقياس الجهاز. يعتمد معامل الانكسار على درجة الحرارة ، لذلك عند القياس ، يجب أن يكون ثابتًا (20 درجة مئوية).

بعد ذلك ، يتم تسجيل قراءة المقياس الموجود على الجانب الأيسر من الجهاز (المراقبة من خلال العدسة العينية الأخرى). بعد انتهاء القياس ، يُمسح كلا المنشورين بعناية أولاً باستخدام صوف قطني جاف ، ثم يتم ترطيبهما بالتناوب مع الأسيتون والكحول ، وأخيراً مرة أخرى باستخدام صوف قطني جاف.

للتحليل الهيكلي وتحديد المركبات العضوية ، يتم استخدام طرق فيزيائية أخرى ، مثل الرنين المغناطيسي النووي ، والتحليل الطيفي للأشعة تحت الحمراء والأشعة فوق البنفسجية ، وتحليل حيود الأشعة السينية ، والتحليل الطيفي الكتلي ، وما إلى ذلك ، تم وصف طرق التحليل هذه بالتفصيل في

1. كتيب الكيميائي T.V / ed. ب. نيكولسكي. - م: الكيمياء ، 1966. - 973 ص.

2. بيرلمان ف. كتاب مرجعي موجز للكيميائي. - م: Goshimizdat 1954. - 559 ص.

3. تقنية مختبر الكيمياء العضوية / إد. ب.كيل - م: مير ، 1666. - 750 ص.

4. ستيبين ب. تقنية التجربة المعملية. موسكو: الكيمياء ، 1999.

- 600 ثانية.

5. زاخاروف ل. احتياطات السلامة في المختبر الكيميائي. لام: الكيمياء ، 1991. - 334 ص.

6. جوردون أ ، رفيق فورد ف. الكيميائي: Per. من الانجليزية. - م: مير 1976-541 ص.

7. زاخاروف ل. بدايات التكنولوجيا العمل المخبري. - لام: كيمياء ، 1981.

8. كولينكو إي. تكنولوجيا التجارب المعملية. الدليل - سانت بطرسبرغ. بوليتكنك ، 1994. - 751 ص.

9. فوسكريسنسكي بي. تقنية العمل المخبري. الإصدارالعاشرة النمطية. - م: كيمياء ، 1973. - 717 ص.

10. عضوي. I. - M: Mir ، 1979. - TI. 453 ص.

11. Sharp J.، Gosney I.، Rowley A. ورشة عمل حول الكيمياء العضوية: Per. من الانجليزية. - م: مير ، 1993. - 240 ص.

12. Gitis SS ، Glaz A.I. ، Ivanov A.V. ورشة عمل حول الكيمياء العضوية: Proc. بدل لغيره. متخصص. الجامعات. - م: Vyssh.shk. ، 1991. -303 ص.

13. جوردون أ ، رفيق فورد ف. الكيميائي: Per. من الانجليزية. - م: مير 1976 -

541 ص.

14. دليل الدراسات المعملية في الكيمياء العضوية: دليل للجامعات / N.N. أرتيمييفا ، في. بيلوبورودوف ، س. زورابيان وآخرون ؛ إد. على ال. تيوكافكينا. -الطبعة الثانية ، المنقحة. وإضافية - م: بوستارد ، 2002. - 384 ص.

15. Grandberg I.I. أعمال وندوات تطبيقية في الكيمياء العضوية: دليل للطلاب. الجامعات. -الطبعة الرابعة ، المنقحة. وإضافية - م: دروفا 2001. - 352 ص.

16. Tietze L.، Aicher T. الكيمياء العضوية التحضيرية: التفاعلات والتوليفات في ورشة عمل الكيمياء العضوية ومعمل الأبحاث: TRANS. معه. - م: مير ، 1999. - 704 ص.

17. Hauptman Z. ، Grefe Yu. ، Remane H. الكيمياء العضوية. لكل. معه. / إد. الأستاذ. بوتابوفا ف. - م: الكيمياء ، 1979. - 832 ص ، ص.

18. دليل لتقطير المختبر / محرر. في. أوليفسكي - م: الكيمياء ، 1980. - 520 ص.

19 كوبليتسكايا http://www.fptl.ru/biblioteka/polyhim.html

الكثافة النسبية للمادة هي قيمة مساوية لنسبة كثافتها إلى كثافة مادة أخرى في ظل ظروف فيزيائية معينة.

الكثافة النسبية للمادة هي كتلة حجم معين من تلك المادة مقسومة على كتلة نفس حجم الماء.

يتم تحديد الكثافة النسبية للمادة عند درجة حرارة معينة ، عادةً عند 20 درجة مئوية ، وعند نفس درجة الحرارة ، يتم تحديد كتلة الماء المقطر (معايرة مقياس الدوران) ومقياس الضغط نفسه. بعد تحديد كتلة الماء المقطر على ميزان تحليلي وضبط كثافته عند 20 درجة مئوية في الجدول ، وجدوا سعة مقياس الضغط عند نفس درجة الحرارة.

الكثافة النسبية للمادة هي نسبة كتلتها إلى كتلة الماء النقي عند 4 درجات مئوية ، مأخوذة من نفس الحجم. تتطابق القيم العددية للكثافة المطلقة والنسبية ، لكن الكثافة النسبية هي كمية بلا أبعاد.

الكثافة النسبية للمادة هي نسبة كتلتها إلى كتلة الماء النقي عند 4 درجات مئوية ، مأخوذة من نفس الحجم. تتطابق القيم العددية للكثافة المطلقة والنسبية ، لكن الكثافة النسبية هي كمية بلا أبعاد.

تسمى الكثافة النسبية للمادة بقيمة تساوي نسبة كثافتها إلى كثافة مادة معينة في ظل ظروف فيزيائية معينة. هذه المادة القياسية هي الماء عند درجة حرارة 398 درجة مئوية والضغط الجوي العادي (101325 باسكال) أو الهواء الجاف عند 20 درجة مئوية والضغط الجوي العادي.

توضح الجداول الكثافة النسبية للمواد (كثافة المادة المشار إليها كثافة الماء عند 40 درجة مئوية) عند 20 درجة مئوية أو في درجة الحرارة المشار إليها في الكتابة العلوية.

في بعض الأحيان يستخدمون مفهوم الكثافة النسبية للمادة ، والتي يتم تحديدها من خلال نسبة كتلتها إلى كتلة الماء النقي عند 4 درجات مئوية ، المأخوذة في نفس الحجم. تتطابق القيم العددية للكثافة المطلقة والنسبية ، لكن الكثافة النسبية هي كمية بلا أبعاد. نظرًا لأن الماء ومنتجات النفط لها معاملات تمدد مختلفة ، عند تحديد الكثافة ، من الضروري الإشارة إلى درجات حرارة الماء ومنتجات النفط التي تم إجراء التحديد بها.

في الممارسة العملية ، غالبًا ما يتم استخدام الكثافة النسبية للمادة.

من الناحية العملية ، غالبًا ما تُستخدم الكثافة النسبية للمادة د - قيمة نسبة كثافة هذه المادة إلى كثافة مادة قياسية في ظل ظروف فيزيائية معينة.

هنا ، و (د) هي وظيفة التحكم ، والتي تميز مكوناتها الكثافة النسبية للمواد التي تملأ جسم المفاعل. يتم تعريف تدفقات النيوترونات cpi (r) (سريع) و pa (r) (بطيء) كمكونات للوظيفة الذاتية الأولى) eigenfunction من المشغل التفاضلي الخطي (1) - (2) ؛ X هي القيمة الذاتية المقابلة.

في عام 1856 ، اقترح Mendeleev طريقته الخاصة لتحديد الوزن الجزيئي للمواد الغازية ، بناءً على تحديد الكثافة النسبية للمادة ، بغض النظر عن تركيبها الكيميائي.

يتم تحديد الكثافة النسبية d من خلال نسبة كثافة مادة معينة إلى كثافة مادة أخرى في ظل ظروف معينة. عادة ، يتم تحديد الكثافة النسبية للمادة فيما يتعلق بكثافة الماء المقطر عند 4 درجة مئوية: د - p / pH2o - تعتمد قيمة d على درجة الحرارة التي يتم تحديدها بها. عادةً ما تكون درجة الحرارة القياسية التي يتم عندها التحديد هي 20 درجة مئوية. على سبيل المثال ، يعني الإدخال df أن الكثافة النسبية يتم تحديدها عند 20 درجة مئوية ، ويتم أخذ كثافة الماء عند 4 درجة مئوية كوحدة للمقارنة.

تبدأ دراسة كثافة المواد في سياق فيزياء المدرسة الثانوية. يعتبر هذا المفهوم أساسيًا في العرض الإضافي لأسس النظرية الحركية الجزيئية في مقررات الفيزياء والكيمياء. الغرض من دراسة بنية المادة ، يمكن افتراض أن طرق البحث هي تشكيل الأفكار العلمية حول العالم.

يتم إعطاء الأفكار الأولية حول صورة واحدة للعالم من خلال الفيزياء. يدرس الصف السابع كثافة المادة بناءً على أبسط الأفكار حول طرق البحث ، تطبيق عمليالمفاهيم والصيغ الفيزيائية.

طرق البحث الفيزيائي

كما تعلمون ، من بين أساليب دراسة الظواهر الطبيعية الملاحظة والتجربة. يتم تدريس ملاحظات الظواهر الطبيعية في المدرسة الابتدائية: يتم أخذ قياسات بسيطة ، وغالبًا ما تحتفظ بـ "تقويم الطبيعة". يمكن أن تقود أشكال التعلم هذه الطفل إلى الحاجة إلى استكشاف العالم ، ومقارنة الظواهر المرصودة ، وتحديد علاقات السبب والنتيجة.

ومع ذلك ، فإن التجربة الكاملة فقط ستمنح الباحث الشاب الأدوات لكشف أسرار الطبيعة. يتم تطوير المهارات التجريبية والبحثية في الفصول العملية وفي سياق العمل المخبري.

يبدأ إجراء تجربة في مقرر الفيزياء بتعريفات الكميات الفيزيائية مثل الطول والمساحة والحجم. في الوقت نفسه ، يتم إنشاء علاقة بين المعرفة الرياضية (مجردة تمامًا للطفل) والمعرفة الجسدية. مناشدة تجربة الطفل ، والنظر في الحقائق المعروفة لديه لفترة طويلة من وجهة نظر علمية يساهم في تكوين الكفاءة اللازمة فيه. الغرض من التدريب في هذه الحالة هو الرغبة في الفهم المستقل للجديد.

دراسة الكثافة

وفقًا لطريقة التدريس الإشكالية ، في بداية الدرس ، يمكنك أن تسأل لغزًا معروفًا: "أيهما أثقل: كيلوغرام من الأسفل أم كيلوغرام من حديد الزهر؟" بالطبع ، يمكن للأطفال الذين تتراوح أعمارهم بين 11 و 12 عامًا الإجابة بسهولة على سؤال يعرفونه. لكن الانجذاب إلى جوهر القضية ، وإتاحة الفرصة للكشف عن خصوصيتها ، يؤدي إلى مفهوم الكثافة.

كثافة المادة هي كتلة وحدة حجمها. يسمح لك جدول كثافة المواد ، الذي يتم تقديمه عادةً في الكتب المدرسية أو الكتب المرجعية ، بتقييم الاختلافات بين المواد أيضًا الدول الإجماليةمواد. إشارة إلى الاختلاف في الخصائص الفيزيائيةالمواد الصلبة والسوائل والغازات ، التي نوقشت سابقًا ، تفسير هذا الاختلاف ليس فقط في التركيب والترتيب المتبادل للجسيمات ، ولكن أيضًا في التعبير الرياضي لخصائص المادة ، يأخذ دراسة الفيزياء إلى مستوى مختلف.

لتوحيد المعرفة حول المعنى المادي للمفهوم قيد الدراسة يسمح بجدول كثافة المواد. الطفل ، بإعطاء إجابة على السؤال: "ماذا تعني قيمة كثافة مادة معينة؟" ، يفهم أن هذه هي كتلة 1 سم 3 (أو 1 م 3) من المادة.

يمكن طرح مسألة وحدات الكثافة بالفعل في هذه المرحلة. من الضروري النظر في طرق تحويل وحدات القياس في أنظمة مرجعية مختلفة. هذا يجعل من الممكن التخلص من التفكير الساكن ، وقبول أنظمة أخرى لحساب التفاضل والتكامل في أمور أخرى.

تحديد الكثافة

بطبيعة الحال ، لا يمكن أن تكتمل دراسة الفيزياء دون حل المشكلات. في هذه المرحلة ، يتم إدخال معادلات الحساب. من المحتمل أن تكون معادلة الكثافة في فيزياء الصف السابع هي أول نسبة مادية للكميات للأطفال. يحظى باهتمام خاص ليس فقط بسبب دراسة مفاهيم الكثافة ، ولكن أيضًا بسبب حقيقة طرق التدريس لحل المشكلات.

في هذه المرحلة يتم وضع خوارزمية لحل مشكلة حسابية فيزيائية ، أيديولوجية تطبيق الصيغ والتعريفات والأنماط الأساسية. يحاول المدرس تدريس تحليل المشكلة وطريقة البحث عن المجهول وخصائص استخدام وحدات القياس باستخدام علاقة مثل معادلة الكثافة في الفيزياء.

مثال على حل المشكلات

مثال 1

حدد المادة المكونة لمكعب كتلته 540 جم وحجمه 0.2 dm 3.

ρ-؟ م \ u003d 540 جم ، V \ u003d 0.2 dm 3 \ u003d 200 سم 3

التحليلات

بناءً على سؤال المشكلة ، نفهم أن جدول كثافات المواد الصلبة سيساعدنا في تحديد المادة التي يتكون منها المكعب.

لذلك ، نحدد كثافة المادة. في الجداول ، تُعطى هذه القيمة بوحدة جم / سم 3 ، وبالتالي يتم تحويل الحجم من dm 3 إلى cm 3.

المحلول

حسب التعريف: ρ = م: V.

يعطينا: الحجم ، الكتلة. يمكن حساب كثافة المادة:

ρ \ u003d 540 جم: 200 سم 3 \ u003d 2.7 جم / سم 3 ، وهو ما يتوافق مع الألومنيوم.

إجابه: المكعب مصنوع من الالمنيوم.

تعريف الكميات الأخرى

يتيح لك استخدام معادلة حساب الكثافة تحديد الكميات المادية الأخرى. يتم حساب الكتلة والحجم والأبعاد الخطية للأجسام المرتبطة بالحجم بسهولة في المهام. تُستخدم معرفة الصيغ الرياضية لتحديد مساحة وحجم الأشكال الهندسية في المهام ، مما يجعل من الممكن شرح الحاجة إلى دراسة الرياضيات.

مثال 2

حدد سمك الطبقة النحاسية التي تغطي جزءًا بمساحة 500 سم 2 إذا كان معروفًا أنه تم استخدام 5 جم من النحاس في الطلاء.

ح-؟ S \ u003d 500 سم 2 ، م \ u003d 5 جم ، ρ \ u003d 8.92 جم / سم 3.

التحليلات

يسمح لك جدول كثافة المواد بتحديد كثافة النحاس.

دعنا نستخدم صيغة حساب الكثافة. في هذه الصيغة ، يوجد حجم مادة ، بناءً على الأبعاد الخطية التي يمكن تحديدها.

المحلول

حسب التعريف: ρ = م: ف ، لكن هذه الصيغة لا تحتوي على القيمة المرغوبة ، لذلك نستخدم:

بالتعويض في الصيغة الرئيسية ، نحصل على: ρ = م: ش ، من أين:

لنحسب: h \ u003d 5 جم: (500 سم 2 × 8.92 جم / سم 3) \ u003d 0.0011 سم \ u003d 11 ميكرون.

إجابه: سمك طبقة النحاس 11 ميكرومتر.

التحديد التجريبي للكثافة

يتم توضيح الطبيعة التجريبية للعلوم الفيزيائية في سياق التجارب المعملية. في هذه المرحلة ، يتم اكتساب مهارات إجراء التجربة وشرح نتائجها.

تتضمن المهمة العملية لتحديد كثافة مادة ما ما يلي:

• تحديد كثافة السائل. في هذه المرحلة ، يمكن للأشخاص الذين استخدموا بالفعل أسطوانة قياس من قبل تحديد كثافة السائل بسهولة باستخدام الصيغة.
• تحديد كثافة مادة الجسم الصلب الشكل العادي. هذه المهمة أيضًا لا شك فيها ، حيث تم بالفعل النظر في مشاكل حسابية مماثلة واكتسبت الخبرة في قياس الأحجام بالأبعاد الخطية للأجسام.
• تحديد كثافة جسم صلب غير منتظم الشكل. عند تنفيذ هذه المهمة ، نستخدم طريقة تحديد حجم الجسم غير المنتظم باستخدام الدورق. من المفيد أن نتذكر مرة أخرى ميزات هذه الطريقة: قدرة الجسم الصلب على إزاحة سائل يساوي حجمه حجم الجسم. علاوة على ذلك ، يتم حل المهمة بالطريقة القياسية.

مهام ذات تعقيد متزايد

يمكنك تعقيد المهمة من خلال دعوة الأطفال لتحديد المادة التي يتكون منها الجسم. يتيح لك جدول كثافة المواد المستخدمة في هذه الحالة الانتباه إلى الحاجة إلى أن تكون قادرًا على التعامل مع المعلومات المرجعية.

عند حل المشكلات التجريبية ، يتعين على الطلاب الحصول على القدر الضروري من المعرفة في مجال استخدام وحدات القياس وتحويلها. غالبًا ما يكون هذا هو ما يسبب أكبر عدد من الأخطاء والعيوب. ربما ينبغي إعطاء هذه المرحلة من دراسة الفيزياء مزيدًا من الوقت ، فهي تتيح لك مقارنة المعرفة والخبرة بالدراسة.

الكثافة الظاهرية

إن دراسة المادة النقية مثيرة للاهتمام بالطبع ، ولكن كم مرة يتم العثور على المواد النقية؟ في الحياة اليومية ، نواجه الخلائط والسبائك. كيف تكون في هذه الحالة؟ مفهوم الكثافة الظاهرية سيمنع الطلاب من صنعها خطأ نموذجيواستخدام القيم المتوسطة لكثافة المواد.

من الضروري للغاية توضيح هذه المسألة ، لإعطاء فرصة لرؤية ، أن نشعر بالفرق بين كثافة مادة ما والكثافة الظاهرية في مرحلة مبكرة. فهم هذا الاختلاف ضروري في مزيد من دراسة الفيزياء.

هذا الاختلاف مثير للاهتمام للغاية في هذه الحالة ، فمن الممكن السماح للطفل بدراسة الكثافة الظاهرية اعتمادًا على ضغط المادة وحجم الجسيمات الفردية (الحصى والرمل وما إلى ذلك) أثناء نشاط البحث الأولي.

الكثافة النسبية للمواد

تعتبر مقارنة خصائص المواد المختلفة أمرًا مثيرًا للاهتمام على أساس الكثافة النسبية للمادة - إحدى هذه الكميات.

عادة يتم تحديد الكثافة النسبية للمادة بالنسبة إلى الماء المقطر. نظرًا لنسبة كثافة مادة معينة إلى كثافة المعيار ، يتم تحديد هذه القيمة باستخدام مقياس دوران. لكن في الدورة المدرسية للعلوم الطبيعية ، لا يتم استخدام هذه المعلومات ، فهي مثيرة للاهتمام للدراسة المتعمقة (غالبًا ما تكون اختيارية).

يمكن أن يؤثر المستوى الأولمبي لدراسة الفيزياء والكيمياء أيضًا على مفهوم "الكثافة النسبية للمادة فيما يتعلق بالهيدروجين". يتم تطبيقه عادة على الغازات. لتحديد الكثافة النسبية للغاز ، أوجد نسبة الكتلة المولية للغاز قيد التحقيق إلى الاستخدام غير مستبعد.