密度
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密度 | |
---|---|
常見符號 | ρ |
國際單位 | kg/m3 |
因次 |
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密度是指一物質單位體積下的質量,常用希臘字母ρ或是英文字母D(Density)表示。在數學上,密度定義為質量除以體積的商 。即物體的質量與體積的比值[1]:
其中ρ為密度,m為質量,V為體積。
有時(例如美國的石油業或天然氣產業)會將密度定義為單位體積的重量[2],不過在科學上是不精確的,此物理量應稱為比重量。
定義
式中,為物體的質量,為體積。對於質量分布均勻的物質,密度公式可簡化為初等數學形式
- 。
另外,密度還有一個定義,即:質量與體積的"比值"。
公式的變形——質量方程式
根據密度的定義式
- ,
經變形,可以得到
- 。
上面的公式通常被稱作質量方程式。可以利用上式,並結合一些幾何關係,從而求出自然界中任一物體的質量。該式適用於自然界中的任何物體或物質,且不受物質狀態的影響。質量方程式已經在凝聚體物理學、固態物理學、連續介質力學、流體力學等眾多物理學分支的定量分析當中得到了廣泛的應用。
單位
國際單位制中密度的單位是kg/m3,其它常用的單位有g/cm3,以及工程中常用的t/m3。
特性
密度反映了物質本身的一種特性,它因此可以受到外界因素的影響。一般來講,影響物質密度的主要物理量為壓力和溫度。 氣體密度受壓力和溫度的影響比較明顯,通常氣體只給出標準狀況下或者常溫常壓下的密度,其他狀況下的密度可以通過氣體的狀態方程式(例如理想氣體狀態方程式或范德瓦爾斯方程式)計算。 液體的密度主要取決於液體的組分,受溫度的影響比較小(但有時也不能忽略)。很高的壓力也會產生明顯影響。 固體的密度受溫度和壓力影響而變化的特性類似於液體,且一般更不明顯。
此外,還有其他可能影響物質密度的物理因素,比如磁場、電場等。就整個自然界而言,特大的壓力會使某些天體中物質的密度與常見密度相差懸殊。
密度及比容
比容(specific volume)是一物質單位質量下的體積,是密度的倒數:
- 。
在熱力學中常用比容來描述一系統的特性,比容和密度都是內含性質,不隨物質的量而變化。
水的密度
溫度 (°C) | 密度 (kg/m3)[3][4] |
---|---|
+100 | 958.0966 |
+80 | 971.7224 |
+60 | 983.2106 |
+40 | 992.2473 |
+30 | 995.6783 |
+25 | 997.0751 |
+22 | 997.8003 |
+20 | 998.2336 |
+15 | 999.1285111 |
+10 | 999.7281 |
+4 | 999.999999985 |
0 | 999.8675 |
-10 | 998.1555 |
-20 | 993.6829 |
-30 | 984.5869 |
0 °C以下的密度值參看過冷水。 |
常見物質密度列表
下表中列出了部分均勻物質的密度。請注意,即使對於同一種物質,因為可能存在多種微觀結構,也可能有不同的密度。對於某些混合物,因為採樣的時間、地點不同,也可能有不同的數值(例如海水、汽油等)。下面的數據僅供粗略計算中參考。
物質 | 密度(g/cm3) |
---|---|
鋨 | 22.59 |
銥 | 22.56 |
鉑 | 21.45 |
金 | 19.30 |
鎢 | 19.25 |
鈾 | 19.05 |
汞 | 13.58 |
鈀 | 12.023 |
鉛 | 11.34 |
銀 | 10.49 |
銅 | 8.96 |
鐵 | 7.87 |
錫 | 7.31 |
六氟化鎢 (-9 C°) | 4.560 |
鈦 | 4.507 |
鑽石 | 3.5 |
鋁 | 2.7 |
硫酸 | 1.84 |
鎂 | 1.74 |
葡萄糖 | 1.54 |
聚對苯二甲酸乙二酯 | 1.38 |
氧 (-182.9 C°) | 1.025 |
海水 | 1.025 |
水 | 1.000 |
聚丙烯 | 0.946 |
冰 (0 C°) | 0.917 |
乙醇 | 0.789 |
汽油 | 0.73 |
鋰 | 0.534 |
甲烷 (-162 C°) | 0.423 |
相關條目
參考
- ^ The National Aeronautic and Atmospheric Administration's Glenn Research Center. Gas Density Glenn research Center. grc.nasa.gov. [2015-08-29]. (原始內容存檔於2013-04-14).
- ^ Density definition in Oil Gas Glossary. Oilgasglossary.com. [2010-09-14]. (原始內容存檔於2010-08-05).
- ^ Lide, D. R. (Ed.) (1990). CRC Handbook of Chemistry and Physics (70th Edn.). Boca Raton (FL):CRC Press
- ^ Water – Density and Specific Weight (頁面存檔備份,存於網際網路檔案館). Engineeringtoolbox.com. Retrieved on 2011-11-22
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