چگالی

گردآوری و تلخیص: اصغر ناصری

کمیت جرم در حجم معین، چگالی نامیده می شود. وقتی ماده گسترش می یابد چگالی اش کاهش یافته و وقتی متراکم می‌شود چگالی اش افزایش می یابد.

در دستگاه متریک، چگالی بر حسب گرم بر سانتی متر مکعب اندازه گرفته می شود. یک چگالی نمونه ، یک سانتیمتر مکعب آب است که یک گرم وزن دارد. به بیان ریاضی چگالی آب یک گرم برسانتی متر مکعب است.

چگالی گازها بسیار کمتر ازچگالی مایعات است زیرا گازها از اتم ها و مولکول های جدا از هم تشکیل می شوند که فاصله زیادی ازهم دارند. این مولکول ها نیروی ربایشی کمی برهم وارد می کنند و در اثر برخورد با یکدیگر جهیده و از هم دور می شوند. بنابراین بیشتر حجم گاز را فضای خالی تشکیل می دهد.

مثلا نمونه ای ازگازهیدروژن که در فشار و دمای معمولی سطح زمین تشکیل شده باشد دارای چگالی 0.00009 یا 9x10^-5 گرم برسانتی متر مکعب است. چگالی آب مایع حدود 11000 برابر گاز هیدروژن است.

در فضای خارج از جو مقدار ماده آنقدر کم است که بطور متوسط در هرسانتی مترمکعب یک اتم هیدروژن یافت می شود. درحقیقت در فضای خارج جو چگالی ماده باید مقداری در حدود 1.7x10^-23 گرم بر سانتی متر مکعب باشد. آب تقریبا 600 میلیون تریلیون بار چگالتر از فضای خارج جو است.

گازی که مولکولهای آن به گونه ای ویژه جسیم باشد اورانیوم هگزافلوراید است. هرمولکول این گاز ترکیبی است ازیک اتم اورانیوم و شش اتم فلوئور که جرم آن کلا 176 برابر جرم مولکول دواتمی هیدروژن است. اورانیوم هگزافلوراید سیالی است که با حرارت ملایم به گاز تبدیل می شود و در این حالت چگالی آن تقریبا 0.016 گرم بر سانتی متر مکعب است.

پایین آوردن دما باعث کند شدن حرکت مولکول های گاز می شود. درنتیجه نیروی جاذبه میان ذرات گاز بر تمایل انها به حرکت غلبه کرده آنها را به هم نزدیک می کند. در نتیجه کاهش حجم، چگالی گاز بیشتر می شود. اگر هیدروژن تا دماهای بسیار پایین سرد شود، نه تنها به مایع تبدیل می شود بلکه در -259 درجه سلسیوس منجمد می گردد. هیدروژن جامد با چگالی 0.09 گرم بر سانتی متر مکعب کمترین چگالی را در میان جامدات موجود دارد.

از میان عناصر، فلز نادر آسمیوم بیشترین مقدار چگالی را در میان عناصر سازنده قشر زمین دارد. چگالی این عنصر 22.48 بر سانتی متر مکعب است. یک شمش آسمیوم به ابعاد یک اسکناس و ضخامت حدود 2.5 سانتی متر وزنی حدود 5.85 کیلوگرم دارد.

تکه ای از بلور آسمیوم: منبع ویکی پدیا

کره زمین از عناصر و مواد مرکب بسیار گوناگونی ساخته شده است. چگالی متوسط زمین در حدود 5.54 گرم بر سانتی متر مکعب است در حالی که در مرکز زمین تحت فشار لایه های عظیم بیرونی، چگالی به حدود 12 گرم بر سانتی متر مکعب می رسد.

در مرکز ستارگان بزرگ با چگالیهای بسیار عظیمی روبرو خواهیم بود. فشار در مرکز خورشید که ستاره ای متوسط است، تحت اثرگرانشی جرم عظیم آن به 100 میلیارد اتمسفر می رسد. در چنین شرایطی مقاومت اتم ها شکسته شده و ابرهای الکترونی با در هم فروریختن، یک سیال الکترونی را می سازند که هسته های مثبت در آن شناورند و به سبب نزدیکی بیشتر الکترونها و نیروی دافعه بزرگ میان آنها، این نوع ماده می تواند فشارهای بیشتری را از سوی لایه های بالایی ماده تحمل کند. چگالی در مرکز خورشید به 100 گرم بر سانتی متر مکعب بالغ می‌شود، یعنی ده سانتیمتر مکعب از ماده درون خورشید حدود یک کیلوگرم وزن دارد.

برگرفته از کتاب: The Collapsing Universe, Story of Black Hole نوشته دانشمند بزرگ Isaac Asimov، ترجمه بهرام معلمی، ابوالفضل وفایی شلمانی، نشر جیران، 1363