Пло́тность — скалярная физическая величина, определяемая как отношение массы тела к занимаемому этим телом объёму или как производная массы по объёму:
Плотность | |
---|---|
Размерность | L−3 M |
Единицы измерения | |
СИ | кг/м³ |
СГС | г/см³ |
Примечания | |
скалярная величина |
Данные выражения не эквивалентны, и выбор зависит от того, какая именно плотность рассматривается. Различаются:
Для точечной массы плотность является бесконечной. Математически её можно определить или как меру, или как производную Радона — Никодима по отношению к некоторой опорной мере.
Для обозначения плотности обычно используется греческая буква (ро) (происхождение обозначения подлежит уточнению), иногда используются латинские буквы
D и d (от лат. densitas «плотность»). Исходя из определения плотности, её размерность представляет собой кг/м³ в СИ и г/см³ в системе СГС.Понятие «плотность» в физике может иметь более широкую трактовку. Существуют поверхностная плотность (отношение массы к площади) и линейная плотность (отношение массы к длине), применяемые соответственно к плоским (двумерным) и вытянутым (одномерным) объектам. Кроме того, говорят не только о плотности массы, но и о плотности других величин, например энергии, электрического заряда. В таких случаях к термину «плотность» добавляются конкретизирующие слова, скажем «линейная плотность заряда». «По умолчанию» под плотностью понимается вышеуказанная (трёхмерная, кг/м³) плотность массы.
Плотность (плотность однородного тела или средняя плотность неоднородного) находится по формуле:
где
M — масса тела, V — его объём; формула является просто математической записью определения термина «плотность», данного выше.При вычислении плотности газов при стандартных условиях эта формула может быть записана и в виде:
где — молярная масса газа, — молярный объём (при стандартных условиях приближённо равен 22,4 л/моль).
Плотность тела в точке записывается как
тогда масса неоднородного тела (тела с плотностью, зависящей от координат) рассчитывается как
В случае сыпучих и пористых тел различают
Истинную плотность из насыпной (кажущейся) получают с помощью величины коэффициента пористости — доли объёма пустот в занимаемом объёме.
Как правило, при уменьшении температуры плотность увеличивается, хотя встречаются вещества, чья плотность в определённом диапазоне температур ведёт себя иначе, например, вода, бронза и чугун. Так, плотность воды имеет максимальное значение при 4 °C и уменьшается как с повышением, так и с понижением температуры относительно этого значения.
При изменении агрегатного состояния плотность вещества меняется скачкообразно: плотность растёт при переходе из газообразного состояния в жидкое и при затвердевании жидкости. Вода, кремний, висмут и некоторые другие вещества являются исключениями из данного правила, так как их плотность при затвердевании уменьшается.
Для различных природных объектов плотность меняется в очень широком диапазоне.
Азот | 1,250 | Кислород | 1,429 |
Аммиак | 0,771 | Криптон | 3,743 |
Аргон | 1,784 | Ксенон | 5,851 |
Водород | 0,090 | Метан | 0,717 |
Водяной пар (100 °C) | 0,598 | Неон | 0,900 |
Воздух | 1,293 | Радон | 9,81 |
Гексафторид вольфрама | 12,9 | Углекислый газ | 1,977 |
Гелий | 0,178 | Хлор | 3,164 |
Дициан | 2,38 | Этилен | 1,260 |
Для вычисления плотности произвольного идеального газа, находящегося в произвольных условиях, можно использовать формулу, выводящуюся из уравнения состояния идеального газа:[6]
где:
В разделе не хватает ссылок на источники (см. также рекомендации по поиску).
|
Бензин | 710 | Молоко | 1040 |
Вода (4 °C) | 1000 | Ртуть (0 °C) | 13600 |
Керосин | 820 | Диэтиловый эфир | 714 |
Глицерин | 1260 | Этанол | 789 |
Морская вода | 1030 | Скипидар | 860 |
Масло оливковое | 920 | Ацетон | 792 |
Масло моторное | 910 | Серная кислота | 1835 |
Нефть | 550—1050 | Жидкий водород (−253 °C) | 70 |
Бальса | 0,15 | Пихта сибирская | 0,39 |
Секвойя вечнозелёная | 0,41 | Ель | 0,45 |
Ива | 0,46 | Ольха | 0,49 |
Осина | 0,51 | Сосна | 0,52 |
Липа | 0,53 | Конский каштан | 0,56 |
Каштан съедобный | 0,59 | Кипарис | 0,60 |
Черёмуха | 0,61 | Лещина | 0,63 |
Грецкий орех | 0,64 | Берёза | 0,65 |
Вишня | 0,66 | Вяз гладкий | 0,66 |
Лиственница | 0,66 | Клён полевой | 0,67 |
Тиковое дерево | 0,67 | Бук | 0,68 |
Груша | 0,69 | Дуб | 0,69 |
Свитения (Махагони) | 0,70 | Платан | 0,70 |
Жостер (крушина) | 0,71 | Тис | 0,75 |
Ясень | 0,75 | Слива | 0,80 |
Сирень | 0,80 | Боярышник | 0,80 |
Пекан (кария) | 0,83 | Сандаловое дерево | 0,90 |
Самшит | 0,96 | Эбеновое дерево | 1,08 |
Квебрахо | 1,21 | Бакаут | 1,28 |
Пробка | 0,20 |
Значения плотности металлов могут изменяться в весьма широких пределах: от наименьшего значения у лития, который легче воды, до наибольшего значения у осмия, который тяжелее золота и платины.
Осмий | 22610[7] | Родий | 12410[8] | Хром | 7190[9] | |
Иридий | 22560[10] | Палладий | 12020[11] | Германий | 5320[12] | |
Плутоний | 19840[13] | Свинец | 11350[14] | Алюминий | 2700[15] | |
Платина | 19590[16] | Серебро | 10500[17] | Бериллий | 1850[18] | |
Золото | 19300[14] | Никель | 8910[19] | Рубидий | 1530[20] | |
Уран | 19050[21] | Кобальт | 8860[22] | Натрий | 970[23] | |
Тантал | 16650[24] | Медь | 8940[25] | Цезий | 1840[26] | |
Ртуть | 13530[27] | Железо | 7870[28] | Калий | 860[29] | |
Рутений | 12450[30] | Марганец | 7440[31] | Литий |
530
Для измерений плотности используются:
Остеоденситометрия — процедура измерения плотности костной ткани человека.
|