კონცენტრაცია

კონცენტრაცია, ნაწილაკების კონცენტრაცია (აღნიშვნა: $n$) — სიდიდე, რომელიც აღწერს რაიმე თვლადი ობიექტების (მოცემული სახის ელემენტატული ნაწილაკების, მოლეკულების, ფონონების, გალაქტიკების და ა. შ.) კონცენტრაციას სამგანზომილებიან ფიზიკურ სივრცეში. ზედაპირული კონცენტრაცია (ობიექტების რაოდენობა ფართობის ერთეულზე) და წრფივი კონცენტრაცია (ობიექტების რაოდენობა ფართობის ერთეულზე) ანალოგიურად განიმარტება.

განმარტება

კონცენტრაცია არის რაიმე ობიექტების ოდენობა მოცულობის ერთეულში. :

$n={\frac {N}{V}}$ ,

სადაც

N არის ობიექტების სრული რაოდენობა V მოცულობაში.

აქ იგულისხმება რომN დიდი რიცხვია, ისე რომ ნაწილაკების დათვლისას უახლოეს მთელ რიცხვამდე დამრგვალება საბოლოო შედეგზე მნიშვნელოვან გავლენას არ ახდენს. მეორე მხრივ იგულისხმება, რომ V შერჩეულია საკმაოდ მცირედ, რის შედეგად n არ არის დამოკიდებული V მოცულობის ზომასა და ფორმაზე.

ერთეულები

SI სისტემაში კონცენტრაციის ერთეულია მ⁻³, თუმცა ხშირად გამოიყენება აგრეთვე სმ⁻³ ერთეულები. თუმცა ასეთი ერთეულები ხშირად არ არის მოხახერხებელი როდესაც საქმე გვაქვს აირების ან სითხეების ნაწილაკებთან ოთახის ტემპერატურაზე ატმოსფერული წნევის პირობებში, რადგან რიცხვითი მნიშვნელობა ძალიან დიდი გამოდის (10²⁰ რიგის).

ზოგჯერ კონცენტრაციას ანორმირებენ იდეალური აირის კონცენტრაციაზე 0 °C and 1 ატმ წნევის დროს. შედეგად კონცენტრაციას ხშირად ზომავენ 1 ამაგატი = 2.6867774×10²⁵ მ⁻³ ერთეულებში.

გამოყენება

კონცენტრაციის გამოყენებით შეიძლება განვსაზღვროთ ობიექტების სრული ოდენობა N რაიმე V მოცულობაში

$N=\iiint _{V}n(x,y,z)\;dV$ ,

სადაც

$dV=dx\,dy\,dz$ არის მოცულობის ელემენტი. თუ თითოეულ ობიექტს აქვს ტოლი m₀ მასა, მაშინ V მოცულობაში მაქცეული ნაწილაკების სრული მასა m გამოისახება როგორც

$m=\iiint _{V}m_{0}\,n(x,y,z)\;dV$ .

მსგავსი გამოსახულება სამართლიანი ელექტრული მუხტისთვის, და თვლადი ობიექტების სხვა მახასიათებელი სიდიდეებისთვის. მაგალითად, თუ ზემოთ მოყვანილ ფორმულაში მოვახდენთ შეცვლას $m\rightarrow q$ (სრული მუხტი) და $m_{0}\rightarrow q_{0}$ (თითოეული ობიექტის მუხტი) მაშინ მივიღებთ გამოსახელებას სრული მოხტის დასათვლელად.

კავშირი სხვა სიდიდეებთან

მოლური კონცენტრაცია

ნებისმიერი ნივთიერებისთვის კონცენტრაცია n (მ⁻³ ერთეულებში) შეიძლება გამოსახული იქნას მოლური კონცენტრაცია c-ს (მოლი /მ³ ერთეულებში) მეშვეობით:

$n=N_{\rm {A}}\,c$ ,

სადაც N_A არის ავოგადროს რიცხვი ≈ 6.022×10²³ მოლი⁻¹. ეს გამოსახულება ძალაში რჩება, თუ სიგრძის ერთეულს, მეტრს, როგორც n ასევე c-სთვის რაიმე სხვა სიგრძის ერთეულით შევცვლით.

სიმკვრივე

ატომებისა და მოლეკულებისთვის რომლებსაც გააჩნიათ მოლური მასა M (კილოგრამი/მოლი ერთეულებში), კონცენტრაცია შეიძლება გამოსახული იქნას სიმკვრივის მეშვეობით როგორც

$n={\frac {N_{\rm {A}}}{M}}\rho$ .

აქ M/N_A არის ერთი ატომის მასა კილოგრამებში.

მაგალითები

ცხრილში მოცემულია კონცენტრაციის ტიპური მნიშვნელობები ნორმალურ პირობებში (1 ატმ წნევასა და 20 °C ტემპერატურაზე თუ სხვა რამ არ არის მითითებული.

ზოგი მატერიალის კონცენტრაცია და მასთან დაკავშირებული სხვა პარამეტრები

ნივთიერება	კონცენტრაცია (n)		მოლური კონცენტრაცია (c)	სიმკვრივე ($\rho$)	მოლური მასა (M)
ერთეული	(1027 მ−3) ან (1021 სმ−3)	(ამაგატი)	(103 მოლი/მ3) or (მოლი/ლიტრი)	(103 კგ/მ3) or (გ/სმ3)	(10−3 კგ/მოლი) or (გ/მოლი)
იდეალური აირი	0.02504	0.932	0.04158	41.58×10−6×M	M
მშრალი ჰაერი	0.02504	0.932	0.04158	1.2041×10−3	28.9644
წყალი	33.3679	1241.93	55.4086	0.99820	18.01524
ალმასი	176.2	6556	292.5	3.513	12.01