Удельный вес¶
Удельный вес — физическая величина, равная отношению плотности тела к плотности воды при 4 °C (плотность воды принимается равной 1000 кг/м³). В русскоязычной научной и технической традиции термин широко используется в гидрологии, химии, металлургии и материаловедении как безразмерная характеристика, показывающая, насколько тело тяжелее или легче воды.
¶История и происхождение термина
Понятие удельного веса восходит к работам античных учёных. Архимед в III веке до н. э. в трактате «О плавающих телах» установил закон, носящий его имя: тело, погружённое в жидкость, испытывает выталкивающую силу, равную весу вытесненной жидкости. Именно сравнение веса тела с весом равного объёма воды стало основой для введения удельного веса как характеристики вещества.
В XVII–XVIII веках с развитием гидростатики и химии удельный вес стал стандартной величиной для идентификации и классификации веществ. Иоганн Георг Ганкель, а позже химики XIX века использовали удельный вес для определения чистоты спиртов, кислот и минералов. В России термин получил широкое распространение в горном деле и геологии благодаря работам М. В. Ломоносова и последующих исследователей.
¶Определение и формула
Удельный вес обозначается греческой буквой γ (гамма) и вычисляется по формуле:
γ = ρ / ρ₀,
где ρ — плотность тела, ρ₀ — плотность воды при 4 °C (1000 кг/м³). Поскольку обе величины имеют одинаковую размерность, удельный вес является безразмерной величиной.
В англоязычной литературе аналогичная величина называется specific gravity и определяется как отношение плотности вещества к плотности воды при 4 °C или, в отдельных случаях, к плотности воздуха.
¶Единицы измерения
В Международной системе единиц (СИ) удельный вес, как безразмерная величина, единиц измерения не имеет. В технических приложениях иногда используют устаревшую единицу — килограмм-сила на кубический дециметр (кгс/дм³), которая численно совпадает с плотностью в кг/дм³.
¶Применение
¶Гидрология и океанография
В океанографии удельный вес воды (также называемый относительной плотностью или плотностью воды) используется для описания солёности и температуры. Стандартная океанографическая шкала (TEOS-10) оперирует величиной, близкой к удельному весу, для расчёта плотности морской воды.
¶Химия и фармацевтика
Удельный вес применяется для контроля качества веществ: определение концентрации кислот, щелочей, спиртов, мёда, молока. В фармацевтике удельный вес лекарственных растворов регламентируется фармакопеями.
¶Металлургия и материаловедение
При выплавке металлов удельный вес шлаков и расплавов определяет разделение фаз и качество чугуна и стали. Удельный вес сплавов используется для неразрушающего контроля качества литых деталей.
¶Геология и почвоведение
Удельный вес горных пород и почв характеризует их пористость и структуру. Значения удельного веса минералов используются при определении их вида и состава.
¶Отличие от плотности
Плотность — это масса единицы объёма (кг/м³), удельный вес — отношение плотности тела к плотности воды. Плотность зависит от системы единиц, удельный вес — безразмерная величина. В повседневной речи и в некоторых технических документах термины «удельный вес» и «плотность» часто употребляются как синонимы, что может приводить к путанице.
¶Интересные факты
- Удельный вес чистой воды при 4 °C равен 1,000.
- Удельный вес ртути — около 13,6, что делает её одной из самых тяжёлых жидкостей.
- Удельный вес кедрового масла — около 0,92, что позволяет ему плавать на воде.
- В медицине удельный вес мочи используется как диагностический показатель.
¶Источники
- Физическая энциклопедия. — М.: Большая Российская энциклопедия.
- ГОСТ 8.586.1-2005. Государственная система обеспечения единства измерений. Методы и средства измерений плотности.
- Справочник химика. — Л.: Химия.
- TEOS-10: Thermodynamic Equation of Seawater — 2010.