Плотность

Плотность (r), физическая величина, определяемая для однородного вещества его массой в единице объёма. Плотность неоднородного вещества — предел отношения массы к объёму, когда объём стягивается к точке, в которой определяется плотность.

Отношение плотности двух веществ при определённых стандартных физических условиях называется относительной плотностью: для жидких и твёрдых веществ она обычно определяется по отношению к плотности дистиллированной воды при 4 °С, для газов — по отношению к плотности сухого воздуха или водорода при нормальных условиях. Средняя плотность тела определяется отношением массы тела m к его объёму V, то есть ρ = m/V. Единицей плотности в СИ является кг/м³, в СГС системе единиц г/см³. На практике пользуются также внесистемными единицами плотности: г/л, т/м³ и другие.

Для измерения плотности веществ применяют плотномеры, пикнометры, ареометры, гидростатическое взвешивание (см. Мора весы). Другие методы определения плотности основаны на связи плотности с параметрами состояния вещества или с зависимостью протекающих в веществе процессов от его плотности. Так, плотность идеального газа может быть вычислена по уравнению состояния ρ = pμ/RT, где р — давление газа, μ — его молекулярная масса (мольная масса), R — газовая постоянная, Т — абсолютная температура, или определена, например, по скорости распространения ультразвука \(\style{font-family:'Times New Roman'}{c=\frac1{\sqrt{\beta\rho}}}\) (здесь β — адиабатическая сжимаемость газа).

Диапазон значений плотности природных тел и сред исключительно широк. Так, плотность межзвёздной среды не превышает 10^-21 кг/м³, средняя плотность Солнца составляет 1410 кг/м³, Земли — 5520 кг/м³, наибольшая плотность металлов — 22 500 кг/м³ (осмий), плотность вещества атомных ядер — 10¹⁷ кг/м³, наконец, плотность нейтронных звёзд может, по-видимому, достигать 10²⁰ кг/м³.

Значения плотности некоторых широко используемых веществ и материалов приведены в таблице. См. также Газы, Металлы.

Для пористых и сыпучих тел различают истинную плотность (её определяют без учёта имеющихся в теле пустот) и кажущуюся плотность (отношение массы тела ко всему занимаемому им объёму). Плотность, как правило, уменьшается с ростом температуры (вследствие теплового расширения тел) и увеличивается с повышением давления. Аномально ведут себя, например, вода, чугун, аморфный кварц. Так, у воды плотность имеет максимальное значение при 4 °C и уменьшается как с повышением, так и с понижением температуры. При агрегатных превращениях вещества плотность изменяется скачком (см. Агрегатные состояния), причём при переходе из жидкого состояния в твёрдое плотность обычно растет, однако у воды, например, она при затвердевании уменьшается.

Справочник химика, 3 изд., т. 1, Л., 1971; Перельман В. И., Краткий справочник химика, 6 изд., М., 1963; Измерение массы, объёма и плотности, М., 1972: ГОСТ 2939—63. Газы. Условия для определения объёма.