ความหนาแน นของน าท อ ณหภ ม ต างๆ

ความหนาแน่น (Density) คืออัตราส่วนของมวลต่อหนึ่งหน่วยปริมาตร ซึ่งเป็นสมบัติพื้นฐานทางกายภาพของสสาร โดยวัตถุที่มีมวลในหนึ่งหน่วยพื้นที่ที่กำหนดมากเท่าไหร่ ยิ่งแสดงให้เห็นว่าวัตถุดังกล่าวมีความหนาแน่นมากเท่านั้น นอกจากนี้ ความหนาแน่นยังแปรผันตามมวลอะตอม (Atomic Mass) ของธาตุหรือมวลโมเลกุลของสารประกอบอีกด้วย

สูตรคำนวณความหนาแน่น

ในการคำนวณหาความหนาแน่นของสสารความหนาแน่นมักถูกแสดงผลด้วยสัญลักษณ์ p (โร) ซึ่งเป็นตัวอักษรตัวที่ 17 ในภาษากรีกโดยคำนวณผ่านความสัมพันธ์ระหว่างมวล (Mass) หรือปริมาณเนื้อของสสารที่ถูกบรรจุอยู่ภายในวัตถุต่อหนึ่งหน่วยปริมาตร (Volume)

p = m/v

โดยหน่วยของความหนาแน่นที่ผู้คนนิยมใช้กันคือ กิโลกรัมต่อลูกบาศก์เมตร (kg/m3) และกรัมต่อลูกบาศก์เซนติเมตร (g/cm3) และจากสูตรการคำนวณหาความหนาแน่นข้างต้นแสดงให้เห็นว่า ความหนาแน่นนั้นเป็นอัตราส่วนของมวลต่อปริมาตรที่ไม่ได้คำนึงถึงปริมาณของวัตถุหรือสารตั้งต้นทั้งหมดที่มีอยู่ในขณะนั้น

ดังนั้น ความหนาแน่นจึงเป็นสมบัติที่ไม่ได้ขึ้นอยู่กับปริมาณของสสาร (Intensive Property) ซึ่งโดยทั่วไป เราอาจสับสนระหว่างความหนาแน่นกับน้ำหนัก เนื่องจากวัตถุ 2 ชิ้นที่มีปริมาตรเท่ากัน ชิ้นที่มีความหนาแน่นมากกว่ามักมีน้ำหนักที่มากกว่า ซึ่งในความเป็นจริง ความหนาแน่นเป็นความสัมพันธ์ระหว่างมวลต่อปริมาตร จึงไม่สามารถหาข้อสรุปจากการพิจารณามวลหรือปริมาตรของสสารเพียงส่วนเดียว แต่ต้องพิจารณาตัวแปรทั้งสองควบคู่กันไป

อ่านเพิ่มเติม : ความหนาแน่นของน้ำ

ตารางแสดงความหนาแน่นของสสารทั่วไป

สสาร

ความหนาแน่น (g/cm3)

อากาศ

0.0013

ขนนก

0.0025

น้ำแข็ง

0.92

น้ำ

1.00

เหล็ก

7.80

ทอง

19.30

ธาตุออสเมียม(Osmium: Os)

สสารที่มีความหนาแน่นสูงสุดที่เกิดขึ้นเองตามธรรมชาติบนโลก

22.59

อย่างไรก็ตาม ความหนาแน่นของสสารบางชนิดอาจไม่คงที่ในทุกอณูหรือทุกพื้นที่ภายในเนื้อสาร อย่างเช่น อากาศในชั้นบรรยากาศโลก ซึ่งยิ่งอากาศอยู่สูงขึ้นไปเหนือพื้นดินเท่าไหร่ ความหนาแน่นของอากาศจะยิ่งลดน้อยลงเท่านั้นเช่นเดียวกับความหนาแน่นของน้ำทะเลในมหาสมุทร ความหนาแน่นของน้ำจะยิ่งสูงขึ้น เมื่อระดับความลึกของน้ำทะเลเพิ่มมากขึ้นดังนั้น สูตรการคำนวณหาความหนาแน่นของสสารข้างต้นจึงเป็นการคำนวณหาความหนาแน่นเฉลี่ยของสารโดยทั่วไป

นอกจากนี้ ความหนาแน่นของสสารยังขึ้นอยู่กับปัจจัยทางสภาวะแวดล้อมอีกด้วยเช่น อุณหภูมิ (Temperature) และความดัน (Pressure) โดยเฉพาะความหนาแน่นของก๊าซที่มักจะเปลี่ยนแปลงไปตามอุณหภูมิและความดันได้ง่ายกว่าสสารในสถานะอื่นซึ่งโดยทั่วไป วัตถุจำนวนมากจะขยายตัวเมื่อได้รับความร้อนและจากการที่วัตถุขยายตัวขึ้นนั้น ส่งผลให้ปริมาตรของวัตถุเพิ่มสูงขึ้นตามไปด้วย เมื่อปริมาตรเพิ่มมากขึ้นความหนาแน่นของวัตถุดังกล่าวจึงลดลง ซึ่งปรากฏการณ์ทางธรรมชาตินี้สามารถเกิดขึ้นได้ในสสารทุกสถานะ ทั้งที่เป็นของแข็งของเหลวและก๊าซ

ความถ่วงจำเพาะ(Specific Gravity) และการใช้ประโยชน์

จากการศึกษาและค้นคว้าเกี่ยวกับความหนาแน่นของสสาร ทำให้เกิดแนวคิดเรื่อง “ความถ่วงจำเพาะ” (Specific Gravity) หรืออัตราส่วนของความหนาแน่นของวัตถุต่อความหนาแน่นของน้ำดังนั้น วัตถุที่มีความถ่วงจำเพาะน้อยกว่า 1 (ความหนาแน่นของน้ำอยู่ที่ราว 1 กรัมต่อลูกบาศก์เซนติเมตร) จะสามารถลอยอยู่เหนือผิวน้ำได้ ขณะที่วัตถุซึ่งมีความถ่วงจำเพาะมากกว่า 1 มักจมลงใต้ผิวน้ำ มนุษย์นำแนวคิดเรื่องความหนาแน่นและความถ่วงจำเพาะมาใช้ประโยชน์มากมาย โดยเฉพาะการสร้างยานพาหนะต่างๆ เช่น เรือเดินสมุทร บอลลูน หรือเครื่องบิน นอกจากนี้ ความหนาแน่นยังใช้ในการระบุและจัดจำแนกแร่ธาตุหรือองค์ประกอบของหินต่างๆ อีกด้วย

Download Free DOC

Download Free PDF

Determination of moisture Content of Food

Determination of moisture Content of Food

Determination of moisture Content of Food

Determination of moisture Content of Food

ความหนาแน่นของสารขึ้นอยู่กับอุณหภูมิและความดัน โดยทั่วไปการเปลี่ยนแปลงปัจจัยเหล่านี้ส่งผลต่อสารที่เป็นสถานะของแข็งและของเหลวเพียงเล็กน้อย แต่มีผลกับสารสถานะแก๊สเป็นอย่างมาก โดยที่การเพิ่มความดันของสารจะทำให้ปริมาตรของสารลดลง แต่จะเพิ่มความหนาแน่นแทน และการเพิ่มอุณหภูมิของสาร (ซึ่งมีข้อยกเว้นเล็กน้อย) จะทำให้ปริมาตรของสารเพิ่มขึ้น แต่จะทำให้ความหนาแน่นลดลง

ซึ่งสารส่วนใหญ่เช่นของเหลวและแก๊ส เมื่อได้รับความร้อนจากด้านล่าง ความร้อนจะถูกส่งผ่านจากด้านล่างไปยังด้านบน อันเนื่องมาจากการลดของความหนาแน่นในของเหลวที่ได้รับความร้อนนั้น ด้วยเหตุนี้จึงทำให้สารที่มีความร้อนต่ำกว่า มีความหนาแน่นสูงกว่า

เครื่องมือวัดความหนาแน่น[แก้]

เครื่องมือที่ใช้วัดความหนาแน่นของของเหลวคือ พิคโนมิเตอร์ (pycnometer) เครื่องมือวัดความหนาแน่นของก๊าซคือ แก๊สพิคโนมิเตอร์ (gas pycnometer)

ความหนาแน่นของสสารต่าง ๆ[แก้]

สสารที่มีความหนาแน่นสูงสุดที่รู้จักกัน คือสสารที่อยู่ในดาวนิวตรอนที่เรียกว่านิวตรอเนียม) ใจกลางหลุมดำ ตามทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป ไม่มีปริมาตร ดังนั้นจึงไม่สามารถหาความหนาแน่นได้

สสารที่หนาแน่นที่สุดที่เกิดขึ้นเองตามธรรมชาติบนโลก คือ ธาตุอิริเดียม มีความหนาแน่นประมาณ 22560 kg/m3.

ตารางความหนาแน่นของสสารชนิดต่าง ๆ:

สสารความหนาแน่นในหน่วย kg/m3 ออสเมียม22610 อิริเดียม22560 แพลทินัม21450 ทองคำ19300 ทังสเตน19250 ยูเรเนียม19050 ปรอท13580 แพลเลเดียม12023 ตะกั่ว11340 เงิน10490 ทองแดง 8960 โคบอลต์ 8900 เหล็ก 7870 ดีบุก 7310 สังกะสี 7130 โครเมียม 7190 ไทเทเนียม 4507 เพชร 3500 อะลูมิเนียม 2700 โบรอน 2340 แมกนีเซียม 1740 น้ำทะเล 1025 น้ำ 1000 โซเดียม 971 น้ำแข็ง 917 ลิเทียม 534 เอทิลแอลกอฮอล์ 790 น้ำมันเบนซินหรือน้ำมัน 730 แอโรเจล 3.0 ก๊าซ ใด ๆ 0.0446 เท่าของมวลโมเลกุลเฉลี่ย, ดังนั้นอยู่ระหว่าง 0.09 ถึงประมาณ 10.0 (ที่ความดันและอุณหภูมิมาตรฐาน) ตัวอย่างเช่น อากาศ 1.2 ความหนาแน่นของอากาศ ρ เทียบกับอุณหภูมิ °C T ในหน่วย °C ρ ในหน่วย kg/m3 - 10 1.341 - 5 1.316 0 1.293 + 5 1.269 + 10 1.247 + 15 1.225 + 20 1.204 + 25 1.184 + 30 1.164

สังเกตว่าอะลูมิเนียมมีความหนาแน่นต่ำเมื่อเทียบกับโลหะชนิดอื่น ๆ เครื่องบินจึงทำจากอะลูมิเนียม นอกจากนี้อากาศก็มีความหนาแน่นถึงแม้ว่าจะมีค่าน้อยก็ตาม แอโรเจล (Aerogel) เป็นของแข็งที่หนาแน่นน้อยที่สุดในโลก