Gęstość

Gęstość (masa właściwa) – stosunek masy pewnej ilości 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).

Spośród pierwiastków, w warunkach normalnych, największą gęstość mają osm (22600 kg/m³) oraz iryd (22400 kg/m³), dla porównania, gęstość ołowiu jest dwukrotnie niższa.

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 (woda ma większą gęstość od 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 2690-2700 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 19100 Wosk 950-980 Złoto 19282 Żelazo czyste (α) 7875 Żeliwo białe 7700 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 – 999,8

Gęstość gazów

Gęstości gazów w (kg/m³) w 20 °C pod ciśnieniem normalnym^{[potrzebne źródło]}

• 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
• 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 $\Omega_\mbox{m}$ jest parametrem gęstości materii we Wszechświecie (gęstością wyrażoną w jednostkach gęstości krytycznej).

• Dane z 2007^{[potrzebne źródło]}:

$\Omega_m \approx 0{,}24$ 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

$\Omega_\Lambda\approx0{,}76$,

co odpowiada gęstości wynoszącej

$\rho_\Lambda \approx 7{,}6 \times 10^{-27}\, \mbox{kg/m}^3 = 7{,}6 \times 10^{-30}\, \mbox{g/cm}^3$.

Zobacz też

• gęstość liniowa
• gęstość ładunku
• gęstość zaludnienia
• gęstość prawdopodobieństwa
• gęstość minerału
• gęstość usypowa
• gęstość prądu elektrycznego
• gęstość energii
• gęstość względna
• gęstość skażenia
• gęstość Plancka
• gęstość optyczna
• gęstość zapisu
• gęstość powietrza
• gęstość krytyczna
• gęstość bezwzględna
• gęstość potencjalna
• gęstość stanów
• gęstość sieci drogowej
• gęstość sieci kolejowej
• gęstość sieci rzecznej
• gęstość populacji
• gęstość elektronowa
• gęstość zmiennej losowej
• gęstość strumienia ciepła
• gęstość obezwładniania
• gęstość (wojsko)
• gęstość bombardowania
• gęstość rażenia obiektu
• gęstość zapór
• gęstość liczebności
• gęstość częstości
• Zagęszczenie populacji
• Zadrzewienie

Bibliografia

1. Tablice matematyczne, fizyczne, chemiczne i astronomiczne, s.156. Warszawa: 1974.