فهرست مطالب
تبدیل واحد چگالی با این ابزار، میان نُه یکا انجام می‌شود: کیلوگرم بر متر مکعب، گرم بر سانتیمتر مکعب، گرم بر میلیلیتر، گرم بر لیتر، کیلوگرم بر لیتر، میلیگرم بر لیتر، پوند بر فوت مکعب، پوند بر اینچ مکعب و پوند بر گالن آمریکا. عدد را بنویسید و یکای مبدأ و مقصد را انتخاب کنید؛ پیش‌فرض، گرم بر سانتیمتر مکعب به کیلوگرم بر متر مکعب است و یک گرم بر سانتیمتر مکعب، ۱۰۰۰ کیلوگرم بر متر مکعب نشان داده می‌شود. هر کدام از دو کادر را که پر کنید، دیگری حساب می‌شود. جدول‌های بازشوی پایین، معادل چگالی شما را در همهٔ یکاها نشان می‌دهند.
راهنمای استفاده از تبدیل چگالی
- مقدار و واحد مبدأ را وارد کنید.
- واحد مقصد را انتخاب کنید.
- معادل در همهٔ واحدها را ببینید.
تبدیل واحد چگالی؛ جرم در هر حجم
چگالی، که جرم حجمی هم گفته می‌شود، مقدار جرم در هر واحد حجم است. یک لیتر آب حدود یک کیلوگرم جرم دارد و یک لیتر روغن کمی کمتر؛ پس روغن چگالی کمتری دارد و روی آب شناور می‌ماند. یکای چگالی در دستگاه بین‌المللی، کیلوگرم بر متر مکعب است؛ اما در آزمایشگاه و صنعت، گرم بر سانتیمتر مکعب رایج‌تر است، چون عددهای ساده‌تری می‌دهد: آب حدود ۱، آلومینیوم ۲٫۷ و فولاد حدود ۷٫۸۵.
یک نکتهٔ ساده، بیشتر تبدیل‌های متریک چگالی را آسان می‌کند: گرم بر سانتیمتر مکعب، گرم بر میلیلیتر و کیلوگرم بر لیتر، دقیقا یک عدد دارند. کیلوگرم بر متر مکعب و گرم بر لیتر هم یک عدد دارند. و گروه اول، هزار برابر گروه دوم است. پس آب، حدود ۱ کیلوگرم بر لیتر یا حدود ۱۰۰۰ گرم بر لیتر است.
چگالی آب و شناوری
آب، مرجع اصلی چگالی است: حدود یک گرم بر سانتیمتر مکعب. اما چگالی آب کمی با دما تغییر می‌کند؛ بیشترین چگالی آب خالص، حدود ۴ درجهٔ سلسیوس است و با گرم یا سرد شدن، کمی کم می‌شود. آب دریا به خاطر نمک، چگالی حدود ۱٫۰۲ تا ۱٫۰۳ دارد؛ برای همین، شنا کردن در دریا کمی آسان‌تر از استخر است و در دریاچه‌های بسیار شور، بدن به راحتی شناور می‌ماند.
جسمی که چگالی‌اش از مایع کمتر باشد، در آن شناور می‌ماند. یخ با چگالی حدود ۰٫۹۲، روی آب شناور است و حدود ۹۰ درصد آن زیر آب می‌ماند؛ همان چیزی که دربارهٔ کوه‌های یخ می‌گویند. چوب‌های بیشتر درختان، چگالی کمتر از یک دارند و شناورند؛ اما برخی چوب‌های بسیار سخت، در آب فرو می‌روند. کشتی‌های فولادی با وجود چگالی بالای فولاد، شناورند، چون فضای خالی بزرگ درونشان، چگالی میانگین کشتی را کمتر از آب می‌کند.
چگالی مواد رایج
جدول زیر، چگالی تقریبی چند مادهٔ رایج را نشان می‌دهد. این عددها، بسته به دما، خلوص، آلیاژ و نوع ماده، کمی تغییر می‌کنند؛ برای کارهای دقیق، عدد را از مرجع فنی یا برگهٔ مشخصات سازنده بگیرید.
| ماده | گرم بر سانتیمتر مکعب، تقریبی |
|---|---|
| هوا در سطح دریا | حدود ۰٫۰۰۱۲ |
| بنزین | حدود ۰٫۷۴ |
| روغن خوراکی | حدود ۰٫۹۲ |
| شیر | حدود ۱٫۰۳ |
| بتن | حدود ۲٫۴ |
| شیشه | حدود ۲٫۵ |
| مس | حدود ۸٫۹۶ |
| سرب | حدود ۱۱٫۳ |
| جیوه | حدود ۱۳٫۵ |
حساب وزن از روی ابعاد
یکی از کاربردهای عملی چگالی، حساب کردن وزن یک قطعه از روی ابعادش است، بدون ترازو. وزن، حجم ضرب در چگالی است. تیر فولادی با مقطع ۱۰ در ۲۰ سانتیمتر و طول ۶ متر، اگر توپر باشد، حجمی برابر ۰٫۱ ضرب در ۰٫۲ ضرب در ۶، یعنی ۰٫۱۲ متر مکعب دارد. با چگالی ۷۸۵۰ کیلوگرم بر متر مکعب، وزن آن حدود ۹۴۲ کیلوگرم است. برای اینکه یکاها با هم بخوانند، ابعاد را به متر و چگالی را به کیلوگرم بر متر مکعب بنویسید؛ یا ابعاد را به سانتیمتر و چگالی را به گرم بر سانتیمتر مکعب.
این روش برای تخمین بار کامیون، انتخاب جرثقیل، حساب وزن ورق‌های فلزی و برآورد هزینهٔ مصالح به کار میرود. برای قطعه‌های توخالی، مثل لوله و پروفیل، حجم واقعی فلز را حساب کنید، نه حجم بیرونی.
سوخت؛ لیتر یا کیلوگرم؟
سوخت‌ها با حجم، یعنی لیتر، فروخته می‌شوند، اما انرژی و وزنشان به جرم بستگی دارد. چگالی بنزین حدود ۰٫۷۴ و گازوئیل حدود ۰٫۸۳ کیلوگرم بر لیتر است. پس یک لیتر بنزین حدود ۷۴۰ گرم و یک لیتر گازوئیل حدود ۸۳۰ گرم است. چگالی سوخت با دما تغییر می‌کند؛ سوخت گرم، کمی منبسط می‌شود و در یک لیتر، جرم کمتری دارد. در صنعت هوانوردی، سوخت به جرم، یعنی کیلوگرم یا پوند، حساب می‌شود و اشتباه در چگالی، می‌تواند به کمبود سوخت منجر شود. برای تبدیل دبی حجمی سوخت به دبی جرمی، تبدیل دبی جرمی را ببینید.
میلیگرم بر لیتر؛ غلظت و کیفیت آب
میلیگرم بر لیتر، از نظر یکا یک یکای چگالی است، اما در عمل برای غلظت به کار میرود: چند میلیگرم از یک ماده در هر لیتر مایع حل شده است. گزارشهای کیفیت آب آشامیدنی، مقدار نیترات، فلوراید، سختی و مواد جامد محلول را به میلیگرم بر لیتر می‌دهند. در آب، یک میلیگرم بر لیتر تقریبا با یک قسمت در میلیون برابر است، چون یک لیتر آب حدود یک میلیون میلیگرم جرم دارد. حدهای مجاز هر ماده را استانداردهای ملی تعیین می‌کنند.
غلظت محلول در آزمایشگاه
در آزمایشگاه شیمی، غلظت محلول‌ها گاهی به گرم بر لیتر بیان می‌شود. محلول ۵۰ گرم بر لیتر نمک، یعنی ۵۰ گرم نمک در هر لیتر محلول. این با چگالی خود محلول فرق دارد؛ چگالی محلول، جرم کل محلول، یعنی حلال و حل‌شونده با هم، در هر لیتر است. برای ساختن محلول با غلظت معین، جرم حل‌شونده را حساب کنید و در حجم مشخص حل کنید. برای تبدیل یکاهای حجم، تبدیل حجم را ببینید.
یکاهای انگلیسی چگالی
در منبع‌های آمریکایی، چگالی مواد معمولا به پوند بر فوت مکعب یا پوند بر اینچ مکعب است. آب حدود ۶۲٫۴ پوند بر فوت مکعب است و فولاد حدود ۴۹۰. پوند بر گالن هم برای مایع‌ها رایج است؛ آب حدود ۸٫۳۵ پوند بر گالن آمریکا و بنزین حدود ۶٫۲. اگر کاتالوگ یا جدولی آمریکایی دارید، با این ابزار چگالی را به یکای متریک برگردانید تا با جدول‌های دیگر مقایسه کنید.
داستان ارشمیدس
داستان معروفی میگوید ارشمیدس، دانشمند یونانی، مأمور شد بفهمد تاج پادشاه از طلای خالص است یا با نقره مخلوط شده. او می‌دانست طلا چگال‌تر از نقره است؛ پس اگر تاج با نقره مخلوط شده باشد، با همان وزن، حجم بیشتری دارد. مشکل، اندازه‌گیری حجم تاجی با شکل پیچیده بود. داستان میگوید وقتی در وان حمام نشست و بالا آمدن آب را دید، فهمید که حجم جسم را می‌شود با آبی که جابه‌جا می‌کند سنجید. درستی جزئیات این داستان روشن نیست، اما اصل آن، که امروز اصل ارشمیدس نام دارد، پایهٔ سنجش چگالی و شناوری است.
چگالی در آشپزی
در آشپزی، چگالی توضیح می‌دهد چرا یک پیمانه از مواد مختلف، وزن‌های متفاوتی دارد. یک پیمانهٔ آمریکایی، حدود ۲۳۷ میلیلیتر است. یک پیمانه آب حدود ۲۳۷ گرم، یک پیمانه آرد بسته به نوع و چگونگی پر کردن حدود ۱۲۰ تا ۱۳۰ گرم و یک پیمانه شکر حدود ۲۰۰ گرم است. آرد را اگر با فشار در پیمانه پر کنید، چگالی‌اش بیشتر می‌شود و آرد بیشتری برمی‌دارید؛ برای همین، شیرینی‌پزهای حرفه‌ای مواد را وزن می‌کنند، نه پیمانه. برای تبدیل پیمانه به گرم، حجم را در چگالی ماده ضرب کنید.
چگالی بدن و ترکیب بدن
چگالی بدن انسان، نزدیک به آب است؛ برای همین، بیشتر مردم در آب به سختی شناور می‌مانند و با نفس عمیق، شناورتر می‌شوند. چربی چگالی کمتری از عضله دارد؛ چربی حدود ۰٫۹ و عضله حدود ۱٫۰۶ گرم بر سانتیمتر مکعب. روش‌های قدیمی سنجش درصد چربی بدن، با وزن کردن فرد در آب و حساب چگالی بدن کار می‌کردند. دو نفر با وزن یکسان، اگر درصد چربی متفاوتی داشته باشند، حجم بدن متفاوتی دارند.
چگالی گازها
گازها چگالی بسیار کمی دارند و چگالی‌شان به شدت به فشار و دما بستگی دارد. هوا در سطح دریا و دمای اتاق، حدود ۱٫۲ کیلوگرم بر متر مکعب است؛ یعنی یک متر مکعب هوا، حدود ۱٫۲ کیلوگرم جرم دارد که برای بیشتر مردم شگفت‌انگیز است. هوای اتاقی ۴ در ۵ متری با سقف ۳ متری، حدود ۷۲ کیلوگرم جرم دارد. بالن‌های هوای گرم، با گرم کردن هوا و کم کردن چگالی آن، بالا می‌روند. هلیوم، بسیار سبک‌تر از هوا، حدود ۰٫۱۸ کیلوگرم بر متر مکعب است.
چگالی نسبی
چگالی نسبی، که گاهی وزن مخصوص هم گفته می‌شود، نسبت چگالی ماده به چگالی آب است و یکا ندارد. چون چگالی آب حدود یک گرم بر سانتیمتر مکعب است، عدد چگالی نسبی تقریبا با چگالی به گرم بر سانتیمتر مکعب برابر است. فولاد، چگالی نسبی حدود ۷٫۸۵ دارد. در صنعت نفت، چگالی نفت خام با درجهٔ API بیان می‌شود که از چگالی نسبی ساخته شده اما رابطه‌اش وارونه و غیرخطی است؛ نفت سبک‌تر، درجهٔ API بیشتری دارد.
چگالی در ساختمان‌سازی
در ساختمان‌سازی، چگالی مصالح برای حساب بار مرده و طراحی سازه به کار میرود. بتن معمولی حدود ۲۴۰۰ کیلوگرم بر متر مکعب، بتن مسلح با آرماتور کمی بیشتر، آجر حدود ۱۸۰۰ و بلوک‌های سبک، بسیار کمتر است. یک متر مکعب بتن، حدود ۲٫۴ تن وزن دارد؛ پس سقفی بتنی با ضخامت ۲۰ سانتیمتر، برای هر متر مربع حدود ۴۸۰ کیلوگرم وزن خودش را دارد. استفاده از مصالح سبک‌تر، بار مرده را کم می‌کند و در برابر زلزله هم مفید است، چون نیروی زلزله با جرم ساختمان رابطه دارد.
خاک و شن و ماسه هم چگالی‌های متفاوتی دارند و در حمل‌ونقل، گاهی به متر مکعب و گاهی به تن فروخته می‌شوند. برای تبدیل میان این دو، چگالی ماده را بدانید؛ ماسهٔ خشک حدود ۱٫۶ تن بر متر مکعب است، بسته به نوع و رطوبت.
چگالی و انتخاب مواد
مهندسان برای انتخاب ماده، اغلب چگالی را کنار استحکام بررسی می‌کنند. آلومینیوم با چگالی حدود یک‌سوم فولاد، برای ساختن هواپیما و دوچرخه و قطعه‌های سبک خودرو مناسب است. تیتانیوم، با چگالی حدود ۴٫۵ گرم بر سانتیمتر مکعب، استحکامی نزدیک به فولاد و وزنی بسیار کمتر دارد، اما گران است. کامپوزیت‌های الیاف کربن، از این هم سبک‌ترند. نسبت استحکام به چگالی، معیار مهمی در طراحی سبک است.
ترفندهای حساب ذهنی
گرم بر سانتیمتر مکعب به کیلوگرم بر متر مکعب: ضرب در هزار. کیلوگرم بر لیتر، گرم بر میلیلیتر و گرم بر سانتیمتر مکعب: یک عدد. گرم بر لیتر و کیلوگرم بر متر مکعب: یک عدد. پوند بر فوت مکعب به کیلوگرم بر متر مکعب: ضرب در ۱۶. با این چند قاعده، بیشتر تبدیل‌های چگالی را بدون ابزار انجام می‌دهید.
چگالی و تشخیص اصالت
چگالی، راهی برای تشخیص اصالت برخی مواد است. طلای خالص چگالی حدود ۱۹٫۳ گرم بر سانتیمتر مکعب دارد؛ اگر قطعه‌ای با ادعای طلای خالص، چگالی بسیار کمتری داشته باشد، احتمالا ناخالص یا تقلبی است. برای سنجش، قطعه را در هوا وزن کنید، بعد آن را در آب فرو ببرید و افزایش وزن ظرف آب، یا کاهش وزن ظاهری قطعه، را بسنجید؛ از این دو، حجم و چگالی به دست می‌آید. البته طلای ۱۸ عیار، که آلیاژ است، چگالی کمتری از طلای خالص دارد و این روش برای جواهرات با سنگ و قطعه‌های توخالی، دقیق نیست. برای سنجش دقیق، از آزمایشگاه‌های معتبر کمک بگیرید.
دقت و دما
چگالی مایع‌ها و گازها با دما تغییر می‌کند. بیشتر مایع‌ها با گرم شدن منبسط می‌شوند و چگالی‌شان کم می‌شود. برای همین، جدول‌های چگالی همیشه دمای مرجع را هم می‌گویند. در اندازه‌گیری‌های دقیق، مثل کنترل کیفیت سوخت یا شیر، چگالی در دمای استاندارد گزارش می‌شود و اگر در دمای دیگری اندازه گرفته شده، اصلاح می‌شود. این ابزار یکا را تبدیل می‌کند و از دما خبر ندارد.
کپی نتیجه
جملهٔ نتیجهٔ ابزار، مثل ۱ گرم بر سانتیمتر مکعب برابر ۱۰۰۰ کیلوگرم بر متر مکعب، با دکمهٔ کپی آمادهٔ چسباندن است. در نوشتن چگالی، یکا و در صورت اهمیت، دمای اندازه‌گیری را هم بنویسید.
چگالی در درس فیزیک و شیمی
در مسئله‌های درسی، چگالی معمولا با فرمول جرم تقسیم بر حجم حساب می‌شود و یکای پاسخ، بسته به داده‌ها، گرم بر سانتیمتر مکعب یا کیلوگرم بر متر مکعب است. اگر جرم به گرم و حجم به سانتیمتر مکعب داده شده، پاسخ به گرم بر سانتیمتر مکعب است؛ برای کیلوگرم بر متر مکعب، آن را در هزار ضرب کنید. مکعبی فلزی با ضلع ۲ سانتیمتر و جرم ۶۳ گرم، حجمی ۸ سانتیمتر مکعبی و چگالی حدود ۷٫۹ گرم بر سانتیمتر مکعب دارد که به فولاد یا آهن نزدیک است.
اشتباه‌های رایج
اشتباه اول، یکی گرفتن گرم بر سانتیمتر مکعب و کیلوگرم بر متر مکعب که هزار برابر فرق دارند. اشتباه دوم، فرض اینکه هر مایعی یک کیلوگرم بر لیتر است. اشتباه سوم، یکی گرفتن غلظت محلول و چگالی محلول. اشتباه چهارم، ناهمخوانی یکای ابعاد و چگالی در حساب وزن. اشتباه پنجم، نادیده گرفتن اثر دما بر چگالی مایع‌ها و گازها.
ابزارهای مرتبط
برای تبدیل یکاهای جرم، تبدیل وزن را ببینید. تبدیل همهٔ کمیت‌ها در تبدیل واحد و فهرست کامل مبدل‌ها در ابزارهای تبدیل واحد آمده است.
آخرین بازبینی محتوا: · تیم تحریریه ابزار جیبی