Gęstość, masa właściwa – stosunek masy pewnej ilości substancji do zajmowanej przez nią objętości.
W przypadku substancji jednorodnych porcja ta może być wybrana dowolnie. Jeśli masa równa jest a jej objętość to gęstość substancji wynosi:
i nie zależy od wyboru próbki.
Gęstość substancji niejednorodnych jest zależna od miejsca w przestrzeni i określana jest dla każdego punktu, jako granica stosunku masy do objętości, przy zmniejszaniu objętości obejmującej dany punkt:
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 jest wielkością charakterystyczną dla substancji w określonych warunkach fizycznych. Dla 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
a dla ciał niejednorodnych, w danym punkcie obliczamy całkę po każdej elementarnej objętości w pozycji
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).
Spośród pierwiastków, w warunkach normalnych, największą gęstość mają osm (22 600 kg/m³) oraz iryd (22 400 kg/m³), dla porównania gęstość ołowiu jest dwukrotnie mniejsza.
Gęstość a ciężar właściwy W odróżnieniu od ciężaru właściwego gęstość nie zależy od siły ciążenia; w warunkach nieważkości gęstość pozostaje taka sama jak w warunkach ciążenia (podobnie jak masa), a ciężar właściwy wynosi wtedy zero (podobnie jak siła ciężkości).
Gęstość a lepkość Określenie gęstość jest potocznie używane do określania lepkości; w znaczeniu technicznym lepkość i gęstość opisują inne wielkości (przykładowo woda ma większą gęstość od mineralnego oleju smarnego, ale mniejszą lepkość).
Gęstość ciał stałych Gęstość ciał stałych w (kg/m³) w 20 °C
Ciało w kg/m³ Aluminium (glin) 2720 Antymon 6685 Arsen 5776 Azbest w tek. 2000–2800 Bakelit 1340 Bar 3600 Beryl 1848 Bor 3300 Beton 1800–2400 Bizmut 9807 Brąz 8800–8900 Celuloid 1380 Chrom 6920 Chromonikielina 8200–8370 Cegła 1400–2200 Cyna (biała) 7200–7400 Cynk 7130–7200 Drewno – dąb 600–900 – lipa 400–600 Duraluminium 2800 Ebonit 1100–1300 Elektron(stop magnezu) 1740–1840 Fosfor biały 1830 Gips 2310–2330 Glina (sucha) 1500–1800 Grafit 2300–2720 Guma (wyroby) 1100–1190 Gutaperka 960–990 Inwar 8000 Iryd 22400 Kadm 8640 Kauczuk 940 Korek 220–260 Kreda 1800–2600 Kobalt 8900 Krzem 2329,6 Kwarc 2500–2800 Igelit 1350 Lód przy 0 °C 880–920 Magnez 1740 Mangan 7400 Ciało w kg/m³ Marmur 2670 Miedź (elektrolityczna) 8933 Mika 2600–3200 Mikanit 1900–2600 Molibden 10200 Mosiądz 8400–8700 Naftalina 1150 Nikiel 8350–8900 Nikielina 8600–8850 Nowe srebro 8400–8700 Nylon 1140 Ołów 11300–11400 Osm 22600 Pallad 11970 Parafina 870–910 Piasek (suchy) 1550–1800 Platyna 21450 Plexiglas 1180–1200 Porcelana 2300–2500 Potas 870 Rod 12350 Saletra sodowa 2260 Siarka jednoskośna 1960 Siarka rombowa 2067 Skóra (sucha) 860 Sód 980 Srebro 10500 Stal 7500–7900 Stal nierdzewna 7860 Staliwo 7840 Śnieg 125 Szkło zwykłe 2400–2800 Szkło kwarcowe 2900 Tłuszcze 920–940 Tantal 16600 Węgiel drzewny 300–600 Wolfram 19300 Wosk 950–980 Złoto 19320 Żelazo czyste (α) 7875 Żeliwo białe 7700 Żeliwo szare 6800–7250 + Produkty rolne CiałoMała encyklopedia rolnicza, Warszawa: Państwowe Wydawnictwo Rolnicze i Leśne, 1964, s. 258. w kg/m³ ziarno Żyta 680 ziarno Pszenicy 760ziarno jęczmienia 690ziarno owsa 550ziarno kukurydzy 750nasiona rzepaku 655 nasiona Bobiku 800nasiona grochu 800nasiona wyki 800ziemniaki (kłęby) 750 korzenie buraków 650wytłoki suche 330 korzenie marchwi 710kiszonka z kukurydzy i słonecznika 600zielonka 330siano suche łąkowe 80siano suche z koniczyny 75sieczka 50plewy 100słoma luzem 80słoma prasowana 280obornik świeży 800obornik z gnojowni 1000 + Nawozy sztuczneCiałow kg/m³superfosfat 1000mączka fosforytowa 1400kainit 1100sól potasowa 1000siarczan amonowy 800saletra sodowa 1250
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 – 997,8
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 jodowodór – 5,245 ksenon – 5,396 metan – 0,71 powietrze – 1,20 propan – 2,019 siarkowodór – 1,529 sześciofluorek siarki – 5,971 tlen – 1,43 (0 °C) tlenek węgla – 1,16 (21,1 °C)Centralny Instytut Ochrony Pracy – Państwowy Instytut Badawczy; Tlenek węgla CO 0032, 15.10.1993 r. / 31.05.2007 r. wodór – 0,08989
Gęstość minerałów Gęstość minerału zależy od: składu chemicznego, porowatości, obecności defektów wewnętrznych – szczelin, pęknięć, inkluzji
Typy gęstości minerałów: Gęstość względna minerału – względna liczba wskazująca, ile razy jest on cięższy lub lżejszy od tej samej ilości wody Gęstość bezwzględna tzw. masa właściwa – stosunek masy do objętości (g/cm³) Gęstość pozorna (gęstość objętościowa, gęstość usypowa, gęstość nasypowa) (g/cm³) – wyraża stosunek masy do objętości wraz z zawartymi w minerale porami (pustkami)
Różnica między gęstością bezwzględną a gęstością pozorną jest miarą porowatości minerału.
Pomiar gęstości przeprowadza się najczęściej przy użyciu wagi hydrostatycznej, której zasada działania opiera się na prawie Archimedesa. Ponieważ gęstość zależy od temperatury pomiaru (maleje w miarę jej wzrostu), dlatego należy utrzymywać stałe warunki pomiaru, tj. temperaturę 20 °C i dla takiej wartości podawać mierzoną gęstość.
Największe wartości (w g/cm³) mają: metale rodzime (10,0–23,0) minerały kruszcowe (9–4)
Najmniejsze zaś substancje pochodzenia organicznego: np. bursztyn (1,33)
Większość minerałów, głównie skałotwórczych, ma gęstość w granicach 2,5–3,5 g/cm³.
Średnia gęstość Wszechświata Gęstość krytyczna
gdzie – stała Hubble’a, – stała grawitacji. Obecna średnia gęstość materii (nierelatywistycznej)
gdzie jest parametrem gęstości materii we Wszechświecie (gęstością wyrażoną w jednostkach gęstości krytycznej).
Dane z 2007: i stąd 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
co odpowiada gęstości wynoszącej
Przypisy Encyklopedia fizyki, praca zbiorowa, PWN, 1973, t. 1, s. 698.
Bibliografia
Kategoria:Masa Kategoria:Listy związane z fizyką Kategoria:Zależności liniowe w fizyce