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密度

2021-07-16 12:27:50

密度是指壹物質單位體積下的質量,常用希臘字母ρ或是英文字母DDensity)表示。在數學上,密度定義為質量除以體積的商 。及物體的質量與體積的比值:

ρ=massVolume{\displaystyle \rho ={\frac{mass}{Volume}}}

其中ρ為密度,mass為質量,Volume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,不過在科學上是不精確的,此物理量應稱為比重量。

定義

密度是單位體積的物質具有的質量,即

ρ=dmdV{\displaystyle \rho ={\frac{\mathrm{d}m}{\mathrm{d}V}}}

式中,m{\displaystyle m}為物體的質量,V{\displaystyle V}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

ρ=mV{\displaystyle \rho ={\frac{m}{V}}}

另外,密度還有壹個定義,即:質量與體積的"比值"。

公式的變形——質量方程

根據密度的定義式

ρ=dmdV{\displaystyle \rho ={\frac{\mathrm{d}m}{\mathrm{d}V}}}

經變形,可以得到

m=∫ρdV{\displaystyle m=\int \rho \,\mathrm{d}V}

上面的公式通常被稱作質量方程。可以利用上式,並結合壹些幾何關係,從而求出自然界中任壹物體的質量。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。質量方程已經在凝聚態物理學、固體物理學、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/m,其它常用的單位有g/cm,以及工程中常用的t/m

特性

密度反映了物質本身的壹種特性,它因此可以受到外界因素的影響。壹般來講,影響物質密度的主要物理量為壓強和溫度。氣體密度受壓強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(例如理想氣體狀態方程或範德瓦爾斯方程)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)。很高的壓強也會產生明顯影響。固體的密度受溫度和壓強影響而變化的特性類似於液體,且壹般更不明顯。

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。在此不再贅述。

密度及比容

比容(specific volume)是壹物質單位質量下的體積,是密度的倒數:

 v=Vm =ρ−1{\displaystyle \ v={\frac{V}{m}}\ ={\rho}^{-1}}

在熱力學中常用比容來描述壹係統的特性,比容和密度都是內含性質,不隨物質的量而變化。

水的密度

水的密度
溫度(°C)密度(kg/m)
+100958.0966
+80971.7224
+60983.2106
+40992.2473
+30995.6783
+25997.0751
+22997.8003
+20998.2336
+15999.1285111
+10999.7281
+4999.9999985
0999.8675
−10998.1555
−20993.6829
−30984.5869
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。請註意,即使對於同壹種物質,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,因為采樣的時間、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/cm)
22.59
22.56
21.45
19.30
19.25
19.05
13.58
12.023
11.34
10.49
8.96
7.87
7.31
六氟化鎢(-9 C°)4.560
4.507
鉆石3.5
2.7
硫酸1.84
1.74
葡萄糖1.54
PET1.38
氧(-182.9 C°)1.025
海水1.025
1.000
聚丙烯0.946
冰(0 C°)0.917
乙醇0.789
汽油0.73
0.534
甲烷(-162 C°)0.423

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參考

  1. The National Aeronautic and Atmospheric Administration'sGlenn Research Center.Gas Density Glenn research Center. grc.nasa.gov.[2015-08-29]. (原始內容存檔於2013-04-14).
  2. Density definition in Oil Gas Glossary. Oilgasglossary.com.[2010-09-14]. (原始內容存檔於2010年8月5日).
  3. Lide, D. R.(Ed.)(1990). CRC Handbook of Chemistry and Physics(70th Edn.). Boca Raton(FL):CRC Press
  4. Water – Density and Specific Weight頁面存檔備份,存於互聯網檔案館. Engineeringtoolbox.com. Retrieved on 2011-11-22
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