密度

维基百科,自由的百科全书
跳转至: 导航搜索

密度是一个物理量,符号为\rho。我们通常使用密度来描述物质在单位体积下的质量。这个概念在气象学化学材料科学等其他自然科学领域也经常使用。以下我们主要讨论密度在物理学中的概念以及应用举例。

此外,密度也可以引申为一个量与一个范围的比值,作为这种情况下的简称,例如人口密度磁通密度(又称磁感应强度)等。

定义[编辑]

密度是单位体积的物质具有的质量,即

\rho=\frac{\mathrm{d}m}{\mathrm{d}V}

式中,m为物体的质量,V为体积。对于质量分布均匀的物质,密度公式可简化为初等数学形式

\rho = \frac{m}{V}

另外,密度還有一個定義,即:質量與體積的"比值"。

公式的变形——质量方程式[编辑]

根据密度的定义式

\rho=\frac{\mathrm{d}m}{\mathrm{d}V}

经变形,可以得到

m=\int \rho(V)\,\mathrm{d}V

上面的公式通常被称作质量方程。我们可以利用上式,并结合一些几何关系,从而求出自然界中任一物体的质量。该式适用于自然界中的任何物体或物质,且不受物质状态的影响。质量方程已经在凝聚态物理学固体物理学连续介质力学流体力学等众多物理学分支的定量分析当中得到了广泛的应用。

单位[编辑]

国际单位制中密度的单位是kg/m3,其它常用的单位有g/cm3,以及工程中常用的t/m3

特性[编辑]

密度反映了物质本身的一种特性,它因此可以受到外界因素的影响。一般来讲,影响物质密度的主要物理量为压强温度气体密度受压强温度的影响比较明显,通常气体只给出标准状况下或者常温常压下的密度,其他状况下的密度可以通过气体的状态方程(例如理想气体状态方程范德瓦尔斯方程)计算。 液体的密度主要取决于液体的组分,受温度的影响比较小(但有时也不能忽略)。很高的压强也会产生明显影响。 固体的密度受温度压强影响而变化的特性类似于液体,且一般更不明显。

此外,还有其他可能影响物质密度的物理因素,比如磁场电场等。在此不再赘述。

密度及比容[编辑]

比容(specific volume)是一物質單位質量下的體積,是密度的倒數:

\ v = \frac{V}{m}\ = {\rho}^{-1}

在熱力學中常用比容來描述一系統的特性,比容和密度都是內含性質,不隨物質的量而變化。

常见物质密度列表[编辑]

下表中列出了部分均匀物质的密度。请注意,即使对于同一种物质,因为可能存在多种微观结构,也可能有不同的密度。对于某些混合物,因为采样的时间、地点不同,也可能有不同的数值(例如海水汽油等)。下面的数据仅供粗略计算中参考。

物质 密度(kg/m3
22.59×103
22.56×103
21.45×103
19.30×103
19.25×103
19.05×103
13.58×103
12.023×103
11.34×103
10.49×103
8.96×103
7.87×103
7.31×103
4.507×103
钻石 3.5×103
2.7×103
1.74×103
海水 1.025×103
1.000×103
乙醇 0.789×103
汽油 0.73×103