Плотность

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к: навигация, поиск
Плотность
\rho = \frac{m}{V}
Размерность

L−3 M

Единицы измерения
СИ

кг/м³

СГС

г/см³

Примечания

скалярная величина

Пло́тность — скалярная физическая величина, определяемая как отношение массы тела к занимаемому этим телом объёму или площади (поверхностная плотность). Более строгое определение плотности требует уточнение формулировки:

  • Средняя плотность тела — отношение массы тела к его объёму. Для однородного тела она также называется просто плотностью тела.
  • Плотность вещества — это плотность тел, состоящих из этого вещества.
  • Плотность тела в точке — это предел отношения массы малой части тела (m), содержащей эту точку, к объёму этой малой части (V), когда этот объём стремится к нулю[1], или, записывая кратко, \lim_{V\to 0}{m/V}. При таком предельном переходе необходимо помнить, что на атомарном уровне любое тело неоднородно, поэтому необходимо остановиться на объёме, соответствующем используемой физической модели.

Виды плотности и единицы измерения[править | править вики-текст]

Исходя из определения плотности, её размерность кг/м³ в системе СИ и в г/см³ в системе СГС.

Для сыпучих и пористых тел различают:

  • истинную плотность, определяемую без учёта пустот;
  • удельную (кажущуюся) плотность, рассчитываемую как отношение массы вещества ко всему занимаемому им объёму.

Истинную плотность из кажущейся получают с помощью величины коэффициента пористости — доли объёма пустот в занимаемом объёме.

Формула нахождения плотности[править | править вики-текст]

Плотность (плотность однородного тела или средняя плотность неоднородного) находится по формуле:

 \rho = \frac{m}{V},

где m — масса тела, V — его объём; формула является просто математической записью определения термина «плотность», данного выше.

  • При вычислении плотности газов эта формула может быть записана и в виде:
 \rho = \frac{M}{V_m},
где М — молярная масса газа, V_m — молярный объём (при нормальных условиях равен 22,4 л/моль).

Плотность тела в точке записывается как \rho = \frac{dm}{dV}, тогда масса неоднородного тела (тела с плотностью, зависящей от места) рассчитывается как m
 =\int\rho(\mathbf r)d^3 \mathbf r
 = \int\rho(\mathbf r) dV
 = \int dm.

Зависимость плотности от температуры[править | править вики-текст]

Как правило, при уменьшении температуры плотность увеличивается, хотя встречаются вещества, чья плотность 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, германий и некоторые другие вещества являются исключениями из данного правила, так как их плотность при переходе в твердую фазу уменьшается.

Диапазон плотностей в природе[править | править вики-текст]

Для различных природных объектов плотность меняется в очень широком диапазоне.

  • Самую низкую плотность имеет межгалактическая среда (2·10−31-5·10−31 кг/м³)[2].
  • Плотность межзвёздной среды приблизительно равна 10−23-10−21 кг/м³.
  • Средняя плотность Солнца примерно в 1,5 раза выше плотности воды.
  • Средняя плотность красных гигантов на много порядков меньше, чем у Солнца, из-за того, что их радиус в сотни раз больше.
  • Средняя плотность Земли равна 5520 кг/м³.
  • Жидкий водород при атмосферном давлении и температуре −253 °C имеет плотность 70 кг/м³.
  • Плотность жидкого гелия при атмосферном давлении равна 130 кг/м³.
  • Плотность пресной воды составляет 1000 кг/м³.
  • Гранит имеет плотность 2600 кг/м³.
  • Плотность железа равна 7874 кг/м³.
  • Наибольшую плотность среди металлов имеет осмий (22 587 кг/м³).
  • Плотность атомных ядер приблизительно равна 2·1017 кг/м³.
  • Теоретически верхнюю границу представляет планковская плотность (современная физика оценивает её в 5,1·1096 кг/м³, хотя не исключено, что она очень сильно завышена).

Плотности астрономических объектов[править | править вики-текст]

Средние плотности планет Солнечной системы и Солнца:

Средняя плотность Солнца и планет (в г/см³)[3][4]

  • Межпланетная среда в Солнечной системе достаточно неоднородна и может меняться во времени, её плотность в окрестностях Земли ~10−21÷10−20 кг/м³.
  • Плотность межзвёздной среды ~10−23-10−21 кг/м³.
  • Плотность межгалактической среды от 2×10−34 до 5×10−34 кг/м³.
  • Средняя плотность красных гигантов на много порядков меньше из-за того, что их радиус в сотни раз больше, чем у Солнца.
  • Плотность белых карликов 108-1012 кг/м³
  • Плотность нейтронных звёзд имеет порядок 1017-1018 кг/м³.
  • Средняя (по объёму под горизонтом событий) плотность чёрной дыры[источник не указан 572 дня]
    • у чёрной дыры с массой порядка солнечной превышает ядерную плотность,
    • у сверхмассивной чёрной дыры с массой в 109 солнечных масс (существование таких чёрных дыр подозревается в квазарах) составляет около 20 кг/м³,
    • у сверхмассивной чёрной дыры в центре галактики может быть 0,2 кг/м³.

Плотности некоторых газов[править | править вики-текст]

Плотность газов и паров (0 °C, 101325 Па), кг/м³
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 Углекислый газ 1,977
Хлор 3,164 Гелий 0,178
Этилен 1,260

Плотности некоторых жидкостей[править | править вики-текст]

Плотность жидкостей, г/см³
Бензин 0,74 Молоко 1,04
Вода (4 °C) 1,00 Ртуть (0 °C) 13,60
Керосин 0,82 Эфир 0,72
Глицерин 1,26 Спирт 0,80
Морская вода 1,03 Скипидар 0,86
Масло оливковое 0,92 Ацетон 0,792
Масло машинное 0,91 Серная кислота 1,84
Нефть 0,81—0,85 Жидкий водород (−253 °C) 0,07

Плотность некоторых пород древесины[править | править вики-текст]

Плотность древесины, г/см³
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 0,48

Измерение плотности[править | править вики-текст]

Для измерения плотности используются:

См. также[править | править вики-текст]

Примечания[править | править вики-текст]

  1. Подразумевается также, что область стягивается к точке, то есть, не только её объём стремится к нулю (что могло бы быть не только при стягивании области к точке, но, например, к отрезку), но также стремится к нулю и её диаметр (максимальный линейный размер).
  2. Агекян Т. А. Расширение Вселенной. Модель Вселенной. // Звёзды, галактики, Метагалактика / Под ред. А. Б. Васильева. — 3-е изд. — М.: Наука, 1982. — С. 249. — 416 с.
  3. Planetary Fact Sheet (англ.)
  4. Sun Fact Sheet (англ.)

Ссылки[править | править вики-текст]

Источники[править | править вики-текст]