Gęstość

Z Wikipedii, wolnej encyklopedii

Skocz do: nawigacji, szukaj

Gęstość (masa właściwa) – jest to stosunek masy pewnej porcji substancji do zajmowanej przez nią objętości.

W przypadku substancji jednorodnych porcja ta może być wybrana dowolnie; jeśli jej objętość wynosi V a masa m, to gęstość substancji wynosi:

${\rho}={m \over V}$

i nie zależy od wyboru próbki.

W przypadku substancji niejednorodnych, gęstość nie jest stała w przestrzeni i określana jest dla każdego punktu z osobna; definiuje się ją jak wyżej, przy założeniu, że wybrana porcja substancji, obejmująca dany punkt, jest jak najmniejsza. Wybierając próbkę w otoczeniu danego punktu otrzymujemy gęstość w tym punkcie jako granicę stosunku masy próbki dm do jej objętości dv przy rozmiarach próbki dążących do zera:

${\rho}={dm \over dV}$

Jednostką gęstości w układzie SI jest kilogram na metr sześcienny – kg/m³. Inne jednostki to m.in. kilogram na litr – kg/l, oraz gram na centymetr sześcienny – g/cm³ (w układzie CGS).

Gęstość większości substancji jest zależna od panujących warunków, w szczególności od temperatury i ciśnienia. W związku z tym, w tablicach opisujących właściwości materiałów podaje się ich gęstość zmierzoną w określonych warunkach; przeważnie są to warunki standardowe lub normalne. Znajomość gęstości pozwala na obliczenie masy określonej objętości substancji. Dla substancji jednorodnej zachodzi

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

a dla ciał niejednorodnych

$m = \int_V\rho\,\mathrm{d}V$ .

Gęstość ciał stałych i ciekłych można wyznaczyć przez ważenie próbek o znanej objętości. Przy wyznaczaniu gęstości cieczy stosuje się również areometry. Areometry wypełnione cieczą o znanej gęstości mogą służyć do wyznaczania gęstości innych cieczy. Przy wyznaczaniu gęstości gazów stosuje się między innymi ważenie naczyń z gazem o różnym ciśnieniu gazu.

Gęstość większości substancji zmniejsza się wraz ze wzrostem temperatury (jednym z wyjątków jest woda w temperaturze poniżej 4 °C). Zjawisko to wynika z rozszerzalności cieplnej ciał. Podczas przemian fazowych gęstość zmienia się skokowo (w temperaturze przemiany), podczas krzepnięcia zazwyczaj wzrasta (najbardziej znanymi wyjątkami są woda, żeliwo, a z pierwiastków bizmut, gal i german).

Gęstość ciał stałych

Gęstość ciał stałych w (kg/m³) w 20 °C

Ciało	w kg/m³	Ciało	w kg/m³
Aluminium (glin)	2720	Magnez	1740
Antymon	6685	Mangan	7400
Arsen	5776	Marmur	2670
Azbest w tek.	2000-2800	Miedź (elektrolityczna)	8933
Bakelit	1340	Mika	2600-3200
Bar	3600	Mikanit	1900-2600
Beryl	2690-2700	Molibden	10200
Bor	3300	Mosiądz	8400-8700
Beton	1800-2400	Naftalina	1150
Bizmut	9807	Nikiel	8350-8900
Brąz	8800-8900	Nikielina	8600-8850
Celuloid	1380	Nowe srebro	8400-8700
Chrom	6920	Nylon	1140
Chromonikielina	8200-8370	Ołów	11300-11400
Cegła	1400-2200	Parafina	870-910
Cyna (biała)	7200-7400	Piasek (suchy)	1550-1800
Cynk	7130-7200	Platyna	21450
Drewno		Plexiglas	1180-1200
– dąb	600-900	Porcelana	2300-2500
– lipa	400-600	Potas	870
Duraluminium	2800	Saletra sodowa	2260
Ebonit	1100-1300	Siarka jednoskośna	1960
Elektron (stop magnezu)	1740-1840	Siarka rombowa	2067
Fosfor biały	1830	Skóra (sucha)	860
Gips	2310-2330	Sód	980
Glina (sucha)	1500-1800	Srebro	10500
Grafit	2300-2720	Stal	7500-7900
Guma (wyroby)	1100-1190	Stal nierdzewna	7860
Gutaperka	960-990	Staliwo	7840
Inwar	8000	Śnieg	125
Iryd	22400	Szkło zwykłe	2400-2800
Kadm	8640	Szkło kwarcowe	2900
Korek	220-260	Tłuszcze	920-940
Kreda	1800-2600	Tantal	16600
Kobalt	8900	Węgiel drzewny	300-600
Krzem	2329,6	Wolfram	19100
Kwarc	2500-2800	Wosk	950-980
Igelit	1350	Złoto	19282
Lód przy 0 °C	880-920	Żelazo czyste (α)	7875
Pallad	11970	Żeliwo (białe)	7700
Rod	12350	Żeliwo (szare)	6800-7250

Gęstość cieczy

Gęstość cieczy w (kg/m³) w 22 °C

aceton – 790
alkohol etylowy – 790
alkohol metylowy – 790
benzen – 880
benzyna – 700
eter etylowy – 716
krew ludzka – 1050
kwas azotowy – 1410
kwas octowy – 1050
kwas siarkowy – 1840
kwas solny – 1190
mleko – 1030
nafta – 810
oliwa – 920
olej rycynowy – 950
rtęć – 13546
toluen – 870
woda – 998

Gęstość gazów

Gęstości gazów w (kg/m³) w 20 °C pod ciśnieniem normalnym

acetylen – 1,16
amoniak – 0,76
argon – 1,780
azot – 1,25
butan – 2,703
chlor – 3,21
chlorowodór – 1,64
deuter – 0,188
dwutlenek azotu – 2,05
dwutlenek siarki – 2,83
dwutlenek węgla – 1,96
etan – 1,32
fluor – 1,69
hel – 0,178
metan – 0,71
powietrze – 1,29
propan – 2,019
siarkowodór – 1,529
tlen – 1,43
tlenek węgla – 1,25
wodór – 0,08989

Średnia gęstość Wszechświata

Gęstość krytyczna

$\rho_c = \frac{3 H_0^2} {8 \pi G}$

gdzie H₀ – stała Hubble'a, G – stała grawitacji.

Obecna średnia gęstość materii (nierelatywistycznej)

$\rho_m = \Omega_m \;\rho_c$ ,

gdzie $Ω m$ jest parametrem gęstości materii we Wszechświecie (gęstością wyrażoną w jednostkach gęstości krytycznej).

Dane z 2007:

$\Omega_m \approx 0{,}24$ i $H_0 \approx 73\; \operatorname{\frac{km}{s \cdot Mpc}}$ ,

- stąd $\rho_m \approx 2{,}4 \times 10^{-27}\, \mbox{kg/m}^3 = 2{,}4 \times 10^{-30}\, \mbox{g/cm}^3$ , tzn. mniej niż dwa protony (średnio) w jednym metrze sześciennym,
- z obserwacji wnioskuje się też o istnieniu we Wszechświecie ciemnej energii (stałej kosmologicznej) o parametrze gęstości