ابزارهای اندازهگیری حجم: از لیوان تا مخزن
حجم چیست و چرا آن را اندازه می‌گیریم؟
حجم، مقدار فضایی است که یک ماده (جامد، مایع یا گاز) اشغال می‌کند. واحد اصلی اندازهگیری حجم در سیستم متریک، متر مکعب (m³) است، اما برای اندازه‌گیری‌های روزمره از واحدهای کوچک‌تری مانند لیتر (L) و میلی‌لیتر (mL) استفاده می‌شود. هر 1 لیتر برابر است با 1000 میلی‌لیتر و تقریباً معادل حجم یک مکعب به ابعاد 10 cm × 10 cm × 10 cm. ما حجم را برای مقاصد مختلفی اندازه می‌گیریم: پخت‌وپز، انجام آزمایش‌های علمی، ساخت وسایل و حتی خرید مایعات مانند بنزین یا شیر.
ابزارهای اندازهگیری حجم مایعات
برای اندازهگیری دقیق حجم مایعات، ابزارهای مختلفی وجود دارد که هر کدام دقت و کاربرد خاص خود را دارند.
| نام ابزار | دقت | کاربرد معمول | نمونه |
|---|---|---|---|
| پیمانه یا لیوان مدرج | کم | پخت‌وپز، مصارف خانگی | اندازهگیری 250 mL شیر برای کیک |
| استوانه مدرج | متوسط تا بالا | آزمایشگاه‌های مدرسه | اندازهگیری حجم دقیق آب برای یک آزمایش |
| پیپت | بسیار بالا | آزمایشگاه‌های حرفه‌ای | انتقال دقیق 5 mL از یک اسید |
| بورت | بسیار بالا | تیتراسیون در شیمی | افزودن آهسته یک محلول به محلول دیگر |
ابزارهای اندازهگیری حجم اجسام جامد
اندازهگیری حجم اجسام جامد بسته به شکل منظم یا نامنظم آن‌ها، روش‌های متفاوتی دارد.
اجسام با شکل منظم (مانند مکعب، مکعب‌مستطیل، کره): برای این اجسام از فرمول‌های هندسی استفاده می‌کنیم. کافی است ابعاد آن‌ها را با خطکش اندازه بگیریم و در فرمول قرار دهیم. مثلاً حجم یک مکعب‌مستطیل از رابطهٔ زیر به دست می‌آید:
$ V = l \times w \times h $
که در آن l طول، w عرض و h ارتفاع است. اگر یک جعبه مداد به ابعاد 20 cm × 5 cm × 3 cm داشته باشیم، حجم آن می‌شود: $ 20 \times 5 \times 3 = 300 cm³ $.
اجسام با شکل نامنظم (مانند یک سنگ): برای این اجسام از روش جابجایی آب استفاده می‌کنیم. این روش هوشمندانه را ارشمیدس کشف کرد.
- یک استوانه مدرج را تا نیمه پر از آب می‌کنیم. حجم اولیهٔ آب را یادداشت می‌کنیم (V₁).
- سنگ را به آرامی درون استوانه فرو می‌بریم. دقت کنید که آب بیرون نپاشد.
- حجم جدید آب (V₂) را می‌خوانیم.
- حجم سنگ از تفاضل این دو حجم به دست می‌آید: $ V = V_2 - V_1 $.
مثال: اگر حجم اولیه آب 150 mL و پس از فرو بردن سنگ 175 mL شود، حجم سنگ برابر است با 25 mL یا 25 cm³.
یک آزمایش ساده: ساخت دماسنج و اندازهگیری انبساط
بیایید با هم یک دماسنج ساده بسازیم و با آن مفهوم انبساط حجمی مایعات را ببینیم.
وسایل مورد نیاز: یک بطری پلاستیکی شفاف و نازک، یک نی نوشیدنی، خمیر بازی، آب سرد و گرم، رنگ خوراکی.
روش اجرا:
- بطری را تا نیمه با آب سرد پر کنید و چند قطره رنگ خوراکی به آن اضافه کنید.
- نی را داخل بطری قرار دهید و درب بطری را با خمیر بازی کاملاً ببندید به طوری که نی ثابت بماند و هوایی از اطراف آن خارج نشود.
- با ماژیک، سطح آب داخل نی را روی بطری علامت بزنید.
- حالا بطری را داخل یک کاسه آب گرم قرار دهید. بعد از چند دقیقه می‌بینید که سطح آب رنگی داخل نی بالا می‌آید! چون حجم آب بر اثر گرما افزایش یافته (منبسط شده) و مجبور شده به داخل نی برود.
- اگر دوباره بطری را در آب سرد بگذارید، حجم آب کم شده (منقبض شده) و سطح آن در نی پایین می‌رود.
شما با این کار، یک ابزار برای اندازهگیری تغییرات حجم ساخته‌اید که با تغییر دما کار می‌کند.
اشتباهات رایج و پرسش‌های مهم
پاورقی
[1]مِنِیسکوس (Meniscus): به سطح مقعر یا محدبی که در اثر کشش سطحی در لبهٔ یک مایع تشکیل می‌شود، گفته می‌شود. در آب، این سطح مقعر است.