وحدة قياس الكثافة
بواسطة: :name رقية خالد
آخر تحديث: 11/01/2021
وحدة قياس الكثافة
تعتبر الخواص الفيزيائية الخاصة بكل مادة من أهم العوامل التي توضح تركيب المادة، ومن أهم الخواص الفيزيائية الخاصة بكل مادة الكثافة، مما يستوجب التعرف على وحدة قياس الكثافة.
من خلال الكثافة نستطيع أن نعرف مدى تماسك الجزيئات التي تتركب منها المادة، ويمكن أن نعتبر مدي اقتراب جزيئات المادة من بعضها لبعض مؤشر جيد علي قوة الكثافة، ولذلك تم تحديد وحدة قياس الكثافة.

تعريف الكثافة

 مصطلح يستخدم للتعبير عن مدى تقارب أو تباعد جزيئات المادة المختلفة والتي من خلاله تستطيع الحكم على تقارب هذه الجزيئات, إذا كانت درجة كثافة هذه المادة عالية أو هي الخاصية الفيزيائية التي تقوم بالربط بين الحجم والكتلة الخاصين بالجسم.

العوامل المؤثرة على الكثافة

توجد العديد من العوامل التي تؤثر على الكثافة وتتمثل في:

  • الكتلة الذرية وارتباط الكتلة بالبروتونات والنيترونات,  حيث أن زيادة النيترونات والبروتينات في أي مادة يؤدي بدرجة كبيرة إلي زيادة كتلتها الأمر الذي يؤدي إلى زيادة كثافة هذه المادة,  ومن المعروف أن كتلة الإلكترونات أقل من كتلة النيترونات والبروتونات, فبالتالي تكون كتلة المواد التي تحتوي على الإلكترونات أقل من كتلة المواد التي تحتوي على النيترونات مما يجعل كثافة المواد المحتوية على الإلكترونات أقل.
  • التركيب البلوري للمادة والذي يتمثل في ارتباط الجزيئات بعضها ببعض وارتباط الذرات أيضاً بعضها ببعض حيث أن قوة الترابط بين هذه الجزيئات يؤثر بدرجة كبيرة للغاية في نسبة الكثافة.
  • كما أن اختلاف حالة جزيئات المادة يؤثر بدرجة كبيرة للغاية في كثافتها حيث توجد الكثير من المواد التي تحتوي على مواد سائلة ومواد غازية.
  • تقل نسبة كثافة الماء النقي عندما نقوم بتسخينها حيث أن من المعروف أن درجة الحرارة تؤثر على الكثافة بشكل كبير وذلك بسبب وجود طاقة حركية في جزيئات الماء تعمل على شغل حيز أكبر عند ارتفاع درجة الحرارة وبهذا يتضح أن درجة الحرارة من العوامل المؤثرة بشكل واضح في نسبة الكثافة.
  • كما يعتبر الضغط من العوامل المؤثرة في درجة الكثافة وذلك لأن الضغط يؤثر بشكل واضح على الحجم من خلال تقليل حجم المادة التي تتعرض للضغط الأمر الذي يؤدي بالضرورة إلي رفع قيمة الكثافة حيث يمكننا أن نصف أن العلاقة بين الضغط والحجم هي علاقة عكسية بينما تكون العلاقة طردية بين حجم وكثافة الجسم.

قانون الكثافة

تعد الكثافة مفهوم رئيسي في علم الفيزياء والرياضيات وبخاصة الهندسة,  وذلك بسبب أن الكثافة من الخواص التي تقوم بتميز المادة ويمكن أن تتم الاستعانة بالكثافة في الكثير من الأمور المهمة, مثل خاصية الطفو حيث أن معظم الأشخاص يعتقدون أن الكثافة تستخدم في قياس كتلة وحجم الأشياء فقط.

ويتضح لنا أن هناك علاقة وثيقة بين الكتلة والحجم والكثافة وبالتالي يمكننا استنباط قانون حساب الكثافة من خلال  عملية قسمة الكتلة علي الحجم التي يمكن أن نعبر عنها بالمعادلة الرياضية الأتية:

  • الكثافة = الكتلة /الحجم.
  • والتي يمكن أن نعبر عنها عن طريق استخدام الرموز  p=m÷v .
  • حيث أن الـ  pترمز إلي الكثافة وmترمز الكتلة وv ترمز إلي الحجم.

ويمكن أيضاً أن يتم استخدام قانون الكثافة من أجل حساب كتلة الجسم أو حجمه من خلال عملية التعويض, وبالتالي يمكننا معرفة كتلة الجسم من الكثافة وذلك من خلال ضرب قيمة كثافة الجسم في قيمة الحجم أما الحجم فيمكننا استخلاصه من خلال إجراء عملية القسمة عن طريق قسمة قيمة الكتلة علي قيمة الكثافة المعطاة, أما عن وزن الجسم فيمكننا أن نعرفه من خلال إجراء عملية ضرب كتلة الجسم في عجلة الجاذبية ويعتبر وزن الجسم أكثر أهمية من كتلته عمليا.

وحدة قياس الكثافة

  • عند قياس الكثافة فإننا نقوم باستخدام كتلة الجسم وحجمه من خلال إجراء عملية القسمة بين كتلة الجسم والحجم وهذا ما سيؤدي بالضرورة إلى دمج وحدة قياس الكتلة مع وحدة قياس الحجم لكي ينتج لنا وحدة قياس الكثافة ومن المعروف أن وحدة قياس الكتلة هي الجرامg  ووحدة قياس الحجم هي السنتيمتر المكعب والذي نرمز له بالرمز cm³.
  • الأمر الذي يجعلنا نستخلص وحدة الكثافة وهي جرام لكل سنتيمتر مكعب g/cm³ .
  • نظام الوحدات الدولي يقر بأن وحدة قياس الكثافة هي كيلو غرام لكل متر مكعب kg/m³ ولكن وحدات القياس جرام لكل سنتيمتر مكعب افضل  لان هذه الوحدة تكون ملائمة بدرجة أكبر وبخاصة عند قياس كثافة المواد الصلبة والسائلة.
  • في حالة قياس كثافة الغازات يمكن أن يتم استخدام وحدة القياس جرام لكل ليترg/L.
  • كثافة المواد الصلبة والسائلة بصفة عامة تتراوح بين  0.7g/cm³:19 g/cm³كثافة البنزين التي تقدر بحوالي 0.7g/cm³.
  • أما كثافة الذهب فهي  19جرام لكل سنتيمتر مكعب بينما تقدر كثافة الهواء بحوالي 1.2 جرام لكل ليتر .

استخدامات الكثافة

من أهم الاستخدامات التي يمكن أن تفيدنا الكثافة فيها:

هي معرفة وتوضيح التفاعل الذي يحدث بين المواد المختلفة عند خلطها ببعضها ومن المعروف أن المواد ذات الكثافة المنخفضة تطفو فوق سطح الماء ومن أهم الأمثلة التي تدل على ذلك الخشب, فإننا نلاحظ أنه يطفو عند وضعه فوق الماء وذلك بسبب أن الخشب ذو كثافة أقل من كثافة الماء وهذا ما فتح المجال لاستخدام الخشب في صنع المراكب والسفن التي نستخدمها في حياتنا اليومية عكس المواد التي ذات كثافة عالية, وقد تكون كثافتها أعلى من كثافة الماء مثل الحديد الذي إذا وضع في أي تجربة وتم وضعه في الماء ستجده يغطس في الماء الأمر الذي أدى إلى استبعاد الحديد والمواد ذات الكثافة العالية في صنع المراكب والسفن.

ويمكن أيضاً أن يتم استخدام الكثافة في معرفة صحة الزيت الموجود في السيارة ومعرفة ما إذا كان الشخص في حاجة لتغيير هذا الزيت أم لا وذلك من خلال وضع بعض الزيوت في مقياس الهيدروميتر, وإذا وجد أن كثافة الزيت الموجود في السيارة عالية فإن الزيت الموجود في السيارة سليموذلك من خلال ملاحظة طفو الزيت الموجود في السيارة فوق المواد التي يضعها الميكانيكي في السيارة.

كثافة أشهر المواد الفيزيائية

كثافة بعض المواد الفيزيائية المختلفة كما أقرها نظام الوحدات الدولي:

  • تعتبر كثافة السيلينيوم 4800 كجم /لكل متر مكعب بينما تعتبر كثافة الزنك 7000 كجم لكل متر مكعب.
  • وتعتبر كثافة المغنيسيوم  1740كجم لكل متر مكعب وتعتبر كثافة النحاس 8940 كجم /م٣كما تعتبر كثافة القصدير 7310 كجم/متر مكعب.
  • وكثافة التنتالوم  16600كجم/م٣ وكثافة الكروم7200/ متر مكعب فيما تعتبر كثافة الأوميزيوم  22570 كجم /متر مكعب.

أمثله لحساب الكثافة

((احسب كثافة مكعب بلاستيكي وزنه  50جرام وطول ضلعه  4.5سم))

أولا يتم استخدام القانون الخاص بحجم المكعب وهو (طول الضلع)³ثم  نعوض عن طول الضلع يساوي 4.5 فنجد حجم المكعب 4.5)³=) = 91.125.

أصبح لدينا حجم المكعب وكتلته, فبالتالي يمكننا أن نعوض في قانون الكثافة، وإذن كثافة المكعب البلاستيكي هي 91.125/50=0.541 جرام لكل سنتيمتر مكعب.

((أوجد مساحة مكعب من الألمنيوم وزنه 400 غرام وطول ضلعه  6سم، و4 سم، و4سم ))

أولا يمكننا أن نستخدم قانون حجم المكعب وهو الطول × العرض × الارتفاع

إذن بالتعويض نجد أن حجم المكعب يساوي 6 × 4 × 4

حجم المكعب يساوي 144cm³.

ومن المعروف أن كثافة المكعب = الكتلة/الحجم.

بالتعويض نجد أن كثافة المكعب = 144/400=2.7g/cm³.


وختاماً..يتم تحديد وحدة قياس الكثافة بسبب احتياج تلك الدرجات في الكثير من الصناعات، حيث أن معظم الصناعات الحديثة والمعايير السليمة والصحيحة لها تقوم على تعيين قدر الكثافة.