Плотность

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к: навигация, поиск
Плотность
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[1].

Для обозначения плотности обычно используется греческая буква ρ (ро) (происхождение обозначения подлежит уточнению), иногда используются также латинские буквы D и d (от лат. densitas — «плотность»).

Более точное 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 однородного тела, состоящего из этого вещества.
  • Плотность тела в точке — это предел отношения массы малой части тела (), содержащей эту точку, к объёму этой малой части (), когда этот объём стремится к нулю[2], или, записывая кратко, . 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 представляет собой кг/м³ в системе СИ и 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. Для сыпучих тел удельная плотность называется насыпно́й плотностью.

Формула нахождения плотности[править | править вики-текст]

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.

где М — молярная масса газа,  — молярный объём (при нормальных 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

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

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.

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

Для различных природных объектов плотность меняется в очень широком диапазоне.

Плотности астрономических объектов[править | править вики-текст]

  • Средние плотности небесных тел Солнечной системы см. на врезке.
Средняя плотность небесных тел Солнечной
системы (в г/см³)[4][5][6]
Сатурн (планета) Уран (планета) Юпитер (планета) Солнце Нептун (планета) Плутон (планета) Марс (планета) Венера (планета) Меркурий (планета) Земля Вода
  • 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 зависит от её массы и выражается формулой:
Средняя плотность падает обратно пропорционально квадрату массы чёрной дыры. Так, если чёрная дыра с массой порядка солнечной обладает плотностью, превышающей ядерную плотность, то сверхмассивная чёрная дыра с массой в 109 солнечных масс (существование таких чёрных дыр предполагается в квазарах) обладает средней плотностью около 20 кг/м³, что существенно меньше плотности воды (1000 кг/м³).

Плотности некоторых газов[править | править вики-текст]

Плотность газов, 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 0,55—1,05 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 0,20

Плотность некоторых металлов[править | править вики-текст]

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.

Плотность металлов, г/см³
Осмий 22,61[7] Родий 12,41[8] Хром 7,19[9]
Иридий 22,56[10] Палладий 12,02[11] Германий 5,32[12]
Плутоний 19,84[13] Свинец 11,35[14] Алюминий 2,70[15]
Платина 19,59[16] Серебро 10,50[17] Бериллий 1,85[18]
Тантал 19,30[19] Медь 8,94[20] Цезий 1,84[21]
Золото 19,30[14] Никель 8,91[22] Рубидий 1,53[23]
Уран 19,05[24] Кобальт 8,86[25] Натрий 0,97[26]
Ртуть 13,53[27] Железо 7,87[28] Калий 0,86[29]
Рутений 12,45[30] Марганец 7,44[31] Литий 0,53[32]

Измерение плотности[править | править вики-текст]

Для измерения плотности используются:

См. также[править | править вики-текст]

Видеоурок: плотность вещества

Примечания[править | править вики-текст]

  1. Существуют также поверхностная плотность (отношение массы к площади) и линейная плотность (отношение массы к длине), применяемые соответственно к плоским (двумерным) и вытянутым (одномерным) объектам.
  2. 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).
  3. Агекян Т. А.  Расширение Вселенной. Модель Вселенной // Звёзды, галактики, Метагалактика. 3-е изд / Под ред. А. Б. Васильева. — М.: Наука, 1982. — 416 с. — С. 249.
  4. Planetary Fact Sheet (англ.)
  5. Sun Fact Sheet (англ.)
  6. Stern, S. A., et al. (2015). «The Pluto system: Initial results from its exploration by New Horizons». Science 350 (6258): 249–352. DOI:10.1126/science.aad1815.
  7. Krebs, 2006, p. 158.
  8. Krebs, 2006, p. 136.
  9. Krebs, 2006, p. 96.
  10. Krebs, 2006, p. 160.
  11. Krebs, 2006, p. 138.
  12. Krebs, 2006, p. 198.
  13. Krebs, 2006, p. 319.
  14. 1 2 Krebs, 2006, p. 165.
  15. Krebs, 2006, p. 179.
  16. Krebs, 2006, p. 163.
  17. Krebs, 2006, p. 141.
  18. Krebs, 2006, p. 67.
  19. Krebs, 2006, p. 151.
  20. Krebs, 2006, p. 111.
  21. Krebs, 2006, p. 60.
  22. Krebs, 2006, p. 108.
  23. Krebs, 2006, p. 57.
  24. Krebs, 2006, p. 313.
  25. Krebs, 2006, p. 105.
  26. Krebs, 2006, p. 50.
  27. Krebs, 2006, p. 168.
  28. Krebs, 2006, p. 101.
  29. Krebs, 2006, p. 54.
  30. Krebs, 2006, p. 134.
  31. Krebs, 2006, p. 98.
  32. Krebs, 2006, p. 47.

Литература[править | править вики-текст]

Ссылки[править | править вики-текст]