Yoğunluk, Özkütle ve Özgül Ağırlık

Yoğunluk, özkütle ve özgül ağırlığın ne olduğu aralarında nasıl bir fark olduğu ve formülleri kullanarak nasıl hesaplandığı açıklanmıştır.

Yoğunluk – Density

Yoğunluk, birim hacim başına kütle olarak tanımlanır. Kütle bir özelliktir ve yoğunluk için SI birimi [kg / m3] ‘dür.

Yoğunluk aşağıdaki gibi ifade edilir.

ρ = m / V   = 1 / ν[1]

ρ = Yoğunluk [kg/m3], [slugs/ft3]
m = Kütle [kg], [slugs]
V = Hacim [m3], [ft3]
ν = Özgül hacim [m3/kg], [ft3/slug]

Özgül ağırlık – Specific Gravity (Relative Density)

SG – belirli bir sıcaklıkta bir maddenin yoğunluğunun su yoğunluğuna oranı olarak tanımlanan boyutsuz bir ünitedir ve şöyle ifade edilebilir:

SG = ρsubstance / ρH2O                                           [2]

SG = Maddenin Özgül ağırlığı
ρsubstance = sıvının veya maddenin yoğunluğu [kg/m3]
ρH2O = Suyun yoğunluğu – 4 oC Normal sıcaklıkta [kg/m3]

Su yoğunluğu 4 oC (39oF) olarak alınmaktadır çünkü bu sıcaklıkta suyun yoğunluğunun en yüksek değeri 1000 kg/m3 yada 1.940 slugs/ft3‘dir.

Özgül ağırlık – SG – boyutsuz olduğundan, SI sisteminde ve İngiliz İngiliz sisteminde (BG) aynı değere sahiptir.

Bir akışkanın SG’si, g / mL veya Mg / m3 olarak ifade edilen yoğunluğu ile aynı sayısal değere sahiptir. Su normalde katıların özgül ağırlığını hesaplarken referans olarak da kullanılır.

Yaygın kullanılan malzemelerin özgül ağırlıkları

MaddeÖzgül ağırlık
Specific Gravity
– SG –
Acetylene0.0017
Air, dry0.0013
Alcohol0.82
Aluminum2.72
Brass8.48
Cadmium8.57
Chromium7.03
Copper8.79
Carbon dioxide0.00198
Carbon monoxide0.00126
Cast iron7.20
Hydrogen0.00009
Lead11.35
Mercury13.59
Nickel8.73
Nitrogen0.00125
Nylon1.12
Oxygen0.00143
Paraffin0.80
Petrol0.72
PVC1.36
Rubber0.96
Steel7.82
Tin7.28
Zinc7.12
Water (4oC)1.00
Water, sea1.027
Wood, Oak0.77

Gazların özgül ağırlığı normal olarak hava referans alınarak hesaplanır.
Belirli bir sıcaklık ve basınçta gazın yoğunluğunun havanın yoğunluğuna oranı olarak tanımlanır.

Özgül ağırlık aşağıdaki gibi hesaplanır.

SG = ρgas / ρair                          [3]

SG = Gazın özgül ağırlığı
ρgas = Gazın yoğunluğu [kg/m3]
ρair = Havanın yoğunluğu (NTP – 1.204 [kg/m3])

Gaz ve havanın yoğunlukları aynı basınç ve sıcaklıkta değerlendirilirse, Özgül Ağırlık değerini hesaplamak için moleküler ağırlıklar kullanılabilir.

Özkütle –Specific Weight 

Özkütle, birim hacim başına ağırlık olarak tanımlanır. Ağırlık bir kuvvettir. özkütle için SI birimi [N / m3]. Emperyal birim [lb / ft3].

Özgül Ağırlık (veya birim hacimdeki kuvvet) olarak ifade edilebilir.

γ = ρ ag                                  [4]

γ = Özkütle (N/m3], [lb/ft3]
ρ = Yoğunluk [kg/m3], [slugs/ft3]
ag = Yer çekimi ivmesi (9.807 [m/s2], 32.174 [ft/s2] normal şartlar altında)

Bazı yaygın kullanılan malzemeler için özgül ağırlık

ÜrünSpecific Weight – γ –
İngiliz birimi
(lb/ft3)
Specific Weight – γ –
SI Birimi
(kN/m3)
Aluminum17227
Brass54084.5
Carbon tetrachloride99.415.6
Copper57089
Ethyl Alcohol49.37.74
Gasoline42.56.67
Glycerin78.612.4
Kerosene507.9
Mercury847133.7
SAE 20 Motor Oil578.95
Seawater63.910.03
Stainless Steel499 – 51278 – 80
Water62.49.81
Wrought Iron474 – 49974 – 78

Örnekler

Örnek 1: Golf topunun yoğunluğu

Bir golf topunun çapı 42 mm ve kütlesi 45 g’dır.

Golf topunun hacmi aşağıdaki gibi hesdaplanır

V = (4/3) π (42 [mm] * 0.001 [m/mm]/2)  =  3.8 10-5 [m3]

Golf topunun yoğunluğu da aşağıdaki gibi hesaplanır.

ρ = 45 [g] * 0.001 [kg/g] / 3.8 10-5 [m3]  = 1184 [kg/m3]

Örnek 2: Bir Malzemeyi Tanımlamak için Yoğunluğu Kullanma

Bilinmeyen bir sıvı madde 18.5 g kütleye sahiptir ve 23.4 ml (mililitre) bir hacim kaplar.

Yoğunluğu aşağıdaki gibi hesaplanır

ρ = (18.5 [g] /1000 [g/kg]) / (23.4 [ml] /(1000 [ml/l] * 1000[l/m3]))

    = 18.5 10-3 [kg] /23.4 10-6 [m3]  = 790 [kg/m3]

Bazı yaygın sıvıların yoğunluğunu araştırırsak, etil alkolün (veya etanolün) 789 kg / m3’lük bir yoğunluğa sahip olduğunu görürüz. Sıvı, etil alkol olabilir!

Örnek 3: Hacim Kütlesini Hesaplamak için Yoğunluk

Titanyumun yoğunluğu 4507 kg / m3’tür. 0.17 m3 hacimli titanyum kütlesi;

m = 0.17 [m3] * 4507 [kg/m3]  = 766.2 [kg]

Örnek 4: Demirin Özgül Ağırlığı

demir yoğunluğu 7850 kg / m3’tür. 1000 kg / m3 yoğunluğa sahip su ile ilgili demir özgül ağırlığı

SG(demir) = 7850 [kg/m3] / 1000 [kg/m3]  = 7.85

Örnek 5: Spesifik Su Ağırlığı

Suyun yoğunluğu 1000 kg/m3 at 4 °C (39 °F)’dir.

SI birimlerinde özgül ağırlık
γ = 1000 [kg/m3] * 9.81 [m/s2] = 9810 [N/m3] = 9.81 [kN/m3]

Suyun yoğunluğu 1.940 slugs/ft3 at 39 °F (4 °C).

İmparatorluk birimlerinde özgül ağırlık
γ = 1.940 [slugs/ft3] * 32.174 [ft/s2] = 62.4 [lb/ft3]

Yoğunluk, Kütle ve Hacim Hesaplama

Hüseyin Sümer hakkında 72 makale
Chemical and Mechanical engineer. Entrepreneur. Passionate about, Technology and Research.

İlk yorum yapan olun