Плотность

Плотность
$\rho = \frac{\mathrm d m}{\mathrm d V}$
Размерность	Lв3M
Единицы измерения
СИ	кг/м³
СГС	г/см³
Примечания
скалярная величина

Пло́тность в скалярная физическая величина, определяемая как отношение массы тела к занимаемому этим телом объёму. Более строгое определение плотности требует уточнение формулировки:

• Средняя плотность тела в отношение массы тела к его объёму. Для однородного тела она также называется просто плотностью тела.
• Плотность вещества в это плотность тел, состоящих из этого вещества. Отсюда вытекает и короткая формулировка определения плотности вещества: плотность вещества в это масса его единичного объёма.
• Плотность тела в точке в это предел отношения массы малой части тела (m), содержащей эту точку, к объёму этой малой части (V), когда этот объём стремится к нулю, 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

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;
• кажущуюся плотность, рассчитываемую как отношение массы вещества ко всему занимаемому им объёму.

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

Формула нахождения плотности

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

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

где m - масса тела, V - его объем; формула является просто математической записью определения термина "плотность", данного выше.

• При вычисления плотности газов эта формула может быть записана и в виде:

$\rho = \frac{M}{V_m},$

где М в молярная масса газа, V_m в 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

Как правило, при уменьшении температуры плотность увеличивается, хотя встречаются вещества, чья плотность ведет 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 числа.

При изменении агрегатного состояния плотность вещества меняется скачкообразно: плотность растёт при переходе из газообразного состояния в жидкое и при затвердевании жидкости. Правда, вода является исключением из этого правила, её плотность при затвердевании уменьшается.

Диапазон плотностей в природе

Для различных природных объектов плотность меняется в очень широком диапазоне.

• Самую низкую плотность имеет межгалактическая среда (от 2×10^-31 до 5×10^в31 г/см³) .
• Плотность межзвёздной среды ~10^в23÷10^в21 кг/м³.
• Средняя плотность Солнца примерно в 1,5 раза выше плотности воды, равной 1000 кг/м³.
• Средняя плотность красных гигантов на много порядков меньше из-за того, что их радиус в сотни раз больше, чем у Солнца.
• Cредняя плотность Земли равна 5520 кг/м³.
• Жидкий водород при атмосферном давлении (в253 °C) имеет плотность 70 кг/м³.
• Жидкий гелий при атмосферном давлении 130 кг/м³.
• Вода 1000 кг/м³.
• Гранит 2600 кг/м³
• Железо 7874 кг/м³.
• Наибольшую плотность среди металлов имеет иридий (22 650 кг/м³).
• Плотность атомных ядер ≈2·10¹⁷ кг/м³.
• Плотность белых карликов 10⁸в10¹² кг/м³
• Плотность нейтронных звёзд имеет порядок 10¹⁷÷10¹⁸ кг/м³.
• Теоретическую верхнюю границу плотности по представлениям современной физики представляет планковская плотность ≈ 5,1×10⁹⁶ кг/м³, хотя не исключено, что она очень сильно завышена.

Плотности астрономических объектов

Средние плотности планет Солнечной системы и Солнца:

Средняя плотность Солнца и планет (в г/см³)

• Межпланетная среда в Солнечной системе достаточно неоднородна и может меняться во времени , ее плотность в окрестностях Земли ~10^-21÷10^-20 кг/м³.
• Плотность межзвездной среды ~10^в23÷10^в21 кг/м³.
• Плотность межгалактической среды от 2×10^-34 до 5×10^в34 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 объему под горизонтом событий) плотность чёрной дыры
  • 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) порядка 20 кг/м³,
  • у сверхмассивной черной дыры в центре галактики может иметь плотность 0,2 кг/м³.

Плотности некоторых газов

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

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	0,81в0,85	Жидкий водород (в253 °C)	0,07

Плотность некоторых пород древесины

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

Для измерения плотности используются:

• Пикнометр в прибор для измерения истинной плотности
• Ареометр (денсиметр, плотномер) в измеритель плотности жидкостей.
• Бурик Качинского и бур Зайдельмана в приборы для измерения плотности почвы.
• Вибрационный плотномер - прибор для измерения плотности жидкости и газа под давлением.

См. также

• Удельный вес
• Концентрация частиц
• Концентрация растворов
• Плотность заряда

Ссылки

• Видео: Эксперимент с маслом и алкоголем
• Видео: Эксперимент с виски и водой
• Плотность элементов (англ.)
• Плотность древесины (рус.)
• Онлайн интерактивная таблица плотности веществ (рус.)

Источники

• Большая советская энциклопедия
• Физическая энциклопедия под. ред. А. М. Прохорова. Москва. Научное издательство «Большая российская энциклопедия», 1992 г. Т.3, стр.637.