الصف الثاني الثانوي - فيزياء
الوحدة الثانية: خواص الموائع الساكنة والمتحركة
خواص الموائع الساكنة: الكثافة الحجمية والكثافة النسبية وتطبيقات قياس كثافة المحاليل
انقر على أي جملة للاستماع إليها مباشرة 👆
تعد الكثافة (Density) خاصية فيزيائية مميزة للمادة تعتمد حصرياً على الكتلة الذرية للمادة والمسافات البينية الفاصلة بين ذراتها وجزيئاتها عند درجة حرارة وضغط معينين. وتعرف الكثافة بأنها كتلة وحدة الحجوم من المادة (ρ = m / Vol) وتقاس بـ كجم/م^3. كما تستخدم 'الكثافة النسبية' (الوزن النوعي) للمقارنة بين كثافة أي مادة وكثافة الماء النقي عند 4 درجات مئوية. وتمتلك الكثافة تطبيقات عملية محورية في فحص حالة شحن بطاريات السيارات عبر قياس كثافة حمض الكبريتيك بالهيدروميتر، وفي التشخيص الطبي لقياس كثافة الدم والبول، وفق النماذج الوزارية المعتمدة.
1. قوانين الكثافة والكثافة النسبية
- الكثافة المطلقة (ρ):
ρ = m / Vol(تقاس بـ كجم/م^3 أو جم/سم^3، مع التحويل: 1 جم/سم^3 = 1000 كجم/م^3). - الكثافة النسبية (ρ نسبية):
ρ نسبية = ρ مادة / ρ ماء = كتلة حجم معين من المادة / كتلة نفس الحجم من الماء(كمية لا تمييز لها وبلا وحدات). - كثافة الخليط (دون انكماش):
m_خليط = m1 + m2⇒ρ Vol = ρ1 Vol1 + ρ2 Vol2.
2. التطبيقات الطبية والصناعية للكثافة
- فحص بطارية السيارة (المركم الرصاصي): قياس كثافة حمض الكبريتيك المخفف بجهاز الهيدروميتر؛ إذا كانت البطارية مشحونة تكون الكثافة (1.28 - 1.30 جم/سم^3)، وإذا كانت مفرغة تقل الكثافة لاستهلاك الحمض وتكوين الماء وكبريتات الرصاص.
- فحص الدم: الكثافة الطبيعية للدم تتراوح بين (1040 - 1060 كجم/م^3)، ونقصها يدل على الأنيميا وزيادتها تدل على تركيز كرات الدم.
- فحص البول: الكثافة الطبيعية للبول حوالي 1020 كجم/م^3، وزيادتها تدل على إفراز أملاح زائدة نتيجة أمراض الكلى.
ورشة حل مسائل الكثافة والمخاليط (8 مسائل متدرجة)
ρ = m / Vol = 390 / 50 = 7.8 جم/سم^3 = 7800 كجم/م^3.
الكثافة النسبية = 7.8 / 1 = 7.8 (بدون وحدات).
الكثافة النسبية = 7.8 / 1 = 7.8 (بدون وحدات).
الحجم الكلي Vol = 2 + 3 = 5 لتر.
ρ_خليط × Vol = ρ1 Vol1 + ρ2 Vol2 ⇒ ρ_خليط × 5 = (800 × 2) + (1000 × 3).
5 ρ_خليط = 1600 + 3000 = 4600 ⇒ ρ_خليط = 4600 / 5 = 920 كجم/م^3.
ρ_خليط × Vol = ρ1 Vol1 + ρ2 Vol2 ⇒ ρ_خليط × 5 = (800 × 2) + (1000 × 3).
5 ρ_خليط = 1600 + 3000 = 4600 ⇒ ρ_خليط = 4600 / 5 = 920 كجم/م^3.
الجهاز هو الهيدروميتر (Hydrometer)، ويعتمد على قانون الطفو؛ حيث يطفو في السائل ليستقر عند قراءة مباشرة تمثل كثافة السائل.
لأن حمض الكبريتيك يتفاعل مع ألواح الرصاص أثناء التفريغ مكوناً كبريتات الرصاص والماء، مما يخفف تركيز الحمض فتهبط كثافته.
Vol_ذهب + Vol_نحاس = Vol_سبيكة ⇒ (m1 / 19.3) + [ (400 - m1) / 8.9 ] = 25.
بحل المعادلة: m1 (كتلة الذهب) ≈ 330 جراماً.
بحل المعادلة: m1 (كتلة الذهب) ≈ 330 جراماً.
هذا الرقم يقل عن المعدل الطبيعي (1040 - 1060 كجم/م^3)، مما يدل طبياً ومعملياً على إصابة المريض بـ فقر الدم (الأنيميا) ونقص تركيز الهيموجلوبين.
لأنها تعتمد فقط على الوزن الذري أو الجزيئي للمادة والمسافات البينية الثابتة بين ذراتها، ولا تتغير بتغير كتلة العينة أو شكلها.
الحجم Vol = L^3 = (0.1)^3 = 0.001 م^3.
ρ = m / Vol = 2.7 / 0.001 = 2700 كجم/م^3 = 2.7 جم/سم^3.
ρ = m / Vol = 2.7 / 0.001 = 2700 كجم/م^3 = 2.7 جم/سم^3.
اضغط على أي بطاقة لاكتشاف المعنى الدقيق، واضغط على أيقونة الصوت للاستماع للنطق:
الكثافة المطلقة
اضغط لاكتشاف الدلالة والشرح 👆
كتلة وحدة الحجوم من المادة وتقاس بالكيلوجرام لكل متر مكعب (ρ = m/Vol)
💡 إضاءة وتوضيح: خاصية فيزيائية
الكثافة النسبية
اضغط لاكتشاف الدلالة والشرح 👆
النسبة بين كثافة المادة إلى كثافة الماء النقي عند 4 درجات مئوية (بلا تمييز)
💡 إضاءة وتوضيح: نسبة لا بعدية
الهيدروميتر
اضغط لاكتشاف الدلالة والشرح 👆
جهاز علمي مدرج يطفو في السائل لقياس كثافته مباشرة وسريعاً
💡 إضاءة وتوضيح: أداة قياس
المركم الرصاصي
اضغط لاكتشاف الدلالة والشرح 👆
بطارية السيارة السائلة التي تعتمد على تفاعل حمض الكبريتيك مع الرصاص
💡 إضاءة وتوضيح: تطبيق صناعي
كثافة الدم الطبيعية
اضغط لاكتشاف الدلالة والشرح 👆
1040 إلى 1060 كجم/م^3 ونقصانها يدل على الإصابة بالأنيميا
💡 إضاءة وتوضيح: معيار طبي
كثافة البول الطبيعية
اضغط لاكتشاف الدلالة والشرح 👆
حوالي 1020 كجم/م^3 وارتفاعها مؤشر على زيادة ترسب الأملاح الكلوية
💡 إضاءة وتوضيح: معيار طبي
الوزن النوعي
اضغط لاكتشاف الدلالة والشرح 👆
اصطلاح مرادف للكثافة النسبية في المراجع الهندسية والتطبيقية القديمة
💡 إضاءة وتوضيح: مصطلح مرادف
كثافة الخليط
اضغط لاكتشاف الدلالة والشرح 👆
الكثافة المشتركة الناتجة عن مزج مادتين أو أكثر وفق قانون حفظ الكتلة والحجم
💡 إضاءة وتوضيح: حساب خليط
المسافات البينية
اضغط لاكتشاف الدلالة والشرح 👆
الفراغات الميكروسكوبية الفاصلة بين جزيئات المادة وتحدد حجمها
💡 إضاءة وتوضيح: بنية ذرية
الكتلة الذرية
اضغط لاكتشاف الدلالة والشرح 👆
كتلة ذرة العنصر وتحدد مقدار المادة المتضمنة في وحدة الحجم
💡 إضاءة وتوضيح: بنية ذرية
التحويل القياسي
اضغط لاكتشاف الدلالة والشرح 👆
ضرب الكثافة بـ جم/سم^3 في 1000 لتحويلها إلى كجم/م^3 المعيارية
💡 إضاءة وتوضيح: تحويل وحدات
عدم الانكماش
اضغط لاكتشاف الدلالة والشرح 👆
فرضية بقاء الحجم الكلي مساوياً لمجموع الحجمين قبل الخلط دون تفاعل
💡 إضاءة وتوضيح: فرضية فيزيائية
السبائك المعدنية
اضغط لاكتشاف الدلالة والشرح 👆
خليط صلب متجانس من فلزين أو أكثر كالذهب والنحاس أو الحديد والكربون
💡 إضاءة وتوضيح: تطبيق علم المواد
إعادة الشحن
اضغط لاكتشاف الدلالة والشرح 👆
تمرير تيار كهربي لإعادة تحويل كبريتات الرصاص إلى حمض كبريتيك فترتفع الكثافة
💡 إضاءة وتوضيح: عملية كهروكيميائية
اضغط على الإجابة لتتحقق من فهمك وتكتشف التفسير النموذجي فورياً:
1
الكثافة النسبية لمادة ما هي كمية فيزيائية تتميز بأنها:
2
إذا كانت الكثافة النسبية للزيت 0.8، فإن كثافته المطلقة بوحدة كجم/م^3 تساوي:
3
أي الأجهزة التالية يستخدم لقياس كثافة السوائل بصورة مباشرة؟
4
عند تفريغ الشحنة الكهربية لبطارية السيارة، فإن كثافة المحلول الإلكتروليتي بها:
5
أظهر فحص دم لشخص أن كثافة دمه 1030 كجم/م^3، هذا الشخص يعاني طبياً من:
6
خلط 1 لتر من سائل كثافته 800 كجم/م^3 مع 1 لتر من سائل كثافته 1200 كجم/م^3 (دون انكماش)، تكون كثافة الخليط:
7
إذا زادت كتلة جسم من النحاس إلى الضعف عند نفس درجة الحرارة، فإن كثافته:
8
كتلة 0.5 م^3 من الزئبق (كثافته 13600 كجم/م^3) تساوي:
🎉 تهانينا يا بطل! أتممت جميع محطات الدرس بنجاح باهر وتستحق وسام التميز!