密度、質量、体積はどのように関係していますか?

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著者: Peter Berry
作成日: 12 Aug. 2021
更新日: 13 11月 2024
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【中1 理科】  1-②② 質量と密度
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質量、密度、体積の関係

密度 オブジェクトまたは物質の質量と体積の比率を表します。 質量 力が作用したときに加速する材料の抵抗を測定します。ニュートンの運動の第二法則(F = ma)、オブジェクトに作用する正味の力は、その質量と加速度の積に等しくなります。

質量のこの正式な定義により、エネルギー、運動量、求心力、重力の計算など、他の短所に置くことができます。重力は地球の表面上でほぼ同じなので、重量は質量の良い指標になります。測定される材料の量を増減すると、物質の質量が増減します。

ヒント

質量、密度、体積の間には明確な関係があります。質量や体積とは異なり、測定される材料の量を増やしても密度は増減しません。つまり、淡水の量を10グラムから100グラムに増やすと、容量も10ミリリットルから100ミリリットルに変わりますが、密度は1ミリリットルあたり1グラムのままです(100 g÷100 mL = 1 g / mL)。

これにより、密度は多くの物質の識別に役立ちます。ただし、温度と圧力の変化に応じて体積が変化するため、密度も温度と圧力によって変化する可能性があります。

体積測定

与えられた質量と ボリューム、 物体または物質の材料が占める物理的空間の大きさ、特定の温度と圧力で密度は一定のままです。この関係の方程式は ρ= m / V その中で ρ (rho)は密度、 m 質量であり、 V 密度単位をkg / mにする体積3。密度の逆数(1/ρ)として知られています 比容積、メートルで測定3 /kg。

ボリュームは、物質が占めるスペースの量を表し、リットル(SI)またはガロン(英語)で示されます。物質の体積は、存在する材料の量と、材料の粒子がどれだけ密接に詰まっているかによって決まります。

結果として、温度と圧力は物質、特に気体の体積に大きな影響を与えます。質量と同様に、材料の量を増減すると、物質の体積も増減します。

圧力、体積、温度の関係

気体の場合、体積は常に気体が入っている容器に等しくなります。つまり、気体の場合、理想的な気体の法則を使用して、体積を温度、圧力、密度に関連付けることができます。 PV = nRT その中で P atm(大気圧単位)の圧力、 V m単位の体積です3 (立方メートル)、 n はガスのモル数です R は、ユニバーサルガス定数(R = 8.314 J /(mol x K))および T ケルビンのガスの温度です。

•••Syed Hussain Ather

他のすべての量が一定に保たれている場合、体積、圧力、温度の関係が変化するため、さらに3つの法則が説明しています。方程式は P1V1 = P2V2, P1/ T1 = P2/ T2 そして V1/ T1 = V2/ T2 それぞれボイルズ法、ゲイルサックス法、チャールズ法として知られています。

各法則では、左側の変数は初期の時点での体積、圧力、および温度を表し、右側の変数は後の別の時点でそれらを表します。ボイルズの法則では温度は一定であり、ゲイルサックスの法則では体積は一定であり、チャールズの法則では圧力は一定です。

これらの3つの法則は、理想的なガスの法則と同じ原理に従いますが、温度、圧力、または一定に保たれた体積の短所の変化を記述しています。

質量の意味

人々は一般に質量を使用して物質の存在量または物質の重量を参照しますが、人々がさまざまな科学現象の質量を参照するさまざまな方法は、質量がその使用のすべてを包含するより統一された定義を必要とすることを意味します。

科学者は通常、電子、ボソン、光子などの原子が非常に少ない質量であると話します。しかし、これらの粒子の質量は実際には単なるエネルギーです。陽子と中性子の質量はグルオン(陽子と中性子を一緒に保持する材料)に保存されますが、電子は陽子と中性子よりも約2,000倍軽いため、電子の質量ははるかに無視できます。

グルーオンは、中性子と陽子が結合した状態を維持する際に、電磁力、重力、弱い核力に加えて、宇宙の4つの基本的な力の1つである強い核力を説明します。

宇宙の質量と密度

宇宙全体のサイズは正確にはわかっていませんが、観測可能な宇宙、科学者が研究した宇宙の問題は、約2 x 10の質量を持っています55 g、天の川と同じ大きさの約250億個の銀河。これは、暗黒物質を含む140億光年に及びます。科学者は、その物質と発光物質、星や銀河の原因を完全に確信しています。宇宙密度は約3 x 10-30 g / cm3.

科学者は、宇宙マイクロ波背景(宇宙の原始段階からの電磁放射のアーティファクト)、スーパークラスター(銀河のクラスター)、およびビッグバン元素合成(初期の段階での非水素原子核の生成)の変化を観察することにより、これらの推定値を導き出します宇宙)。

暗黒物質と暗黒エネルギー

科学者は宇宙のこれらの特徴を研究して、それが拡大し続けるか、ある時点でそれ自体が崩壊するかどうか、その運命を決定します。宇宙が膨張し続けるにつれて、科学者たちは、重力が物体に相互の引力を与えて膨張を遅らせると考えていました。

しかし1998年、ハッブル宇宙望遠鏡による遠方の超新星の観測は、宇宙が時間の経過とともに膨張した宇宙であることを示しました。科学者は正確に加速の原因を解明していませんでしたが、この膨張加速により、科学者はこの未知の現象の名前である暗黒エネルギーがこれを説明すると理論付けました。

宇宙には質量に関する多くの謎が残っており、それらは宇宙の質量の大部分を占めています。宇宙の質量エネルギーの約70%は暗黒エネルギーから、約25%は暗黒物質から来ています。約5%だけが普通の問題から来ています。宇宙の様々なタイプの質量のこれらの詳細な写真は、さまざまな質量が異なる科学的短所にあり得ることを示しています。

浮力と比重

水中の物体の重力と ふりょく これにより、オブジェクトが浮かぶか沈むかが決まります。物体の浮力または密度が液体の浮力または密度よりも大きい場合、物体は浮き、そうでない場合は沈みます。

鋼の密度は水の密度よりもはるかに高いですが、適切に形作られているので、空間によって密度が低下し、鋼鉄の船ができます。水の密度が氷の密度よりも大きいことも、氷が水に浮かぶ理由を説明します。

比重 物質の密度を参照物質の密度で割ったものです。この参照は、気体の場合は水のない空気、液体および固体の場合は淡水のいずれかです。