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密度

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密度
常见符号
ρ
国际单位kg/m3
量纲
量筒中有不同颜色、不同密度的不相溶液体

密度是指一物质单位体积下的质量,常用希腊字母ρ或是英文字母DDensity)表示。在数学上,密度定义为质量除以体积的商 。即物体的质量与体积的比值[1]

其中ρ为密度,m为质量,V为体积。

有时(例如美国的石油业或天然气产业)会将密度定义为单位体积的重量[2],不过在科学上是不精确的,此物理量应称为比重量

定义

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密度是单位体积的物质具有的质量,即

式中,为物体的质量,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

另外,密度还有一个定义,即:质量与体积的"比值"。

公式的变形——质量方程

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根据密度的定义式

经变形,可以得到

上面的公式通常被称作质量方程。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

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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

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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。就整个自然界而言,特大的压力会使某些天体中物质的密度与常见密度相差悬殊。

密度及比容

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比容(specific volume)是一物质单位质量下的体积,是密度的倒数:

在热力学中常用比容来描述一系统的特性,比容和密度都是内含性质,不随物质的量而变化。

水的密度

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水的密度
温度 (°C) 密度 (kg/m3)[3][4]
+100 958.0966
+80 971.7224
+60 983.2106
+40 992.2473
+30 995.6783
+25 997.0751
+22 997.8003
+20 998.2336
+15 999.1285111
+10 999.7281
+4 999.999999985
0 999.8675
-10 998.1555
-20 993.6829
-30 984.5869
0 °C以下的密度值参看过冷水

常见物质密度列表

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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(g/cm3
22.59
22.56
21.45
19.30
19.25
19.05
13.58
12.023
11.34
10.49
8.96
7.87
7.31
六氟化钨 (-9 C°) 4.560
4.507
钻石 3.5
2.7
硫酸 1.84
1.74
葡萄糖 1.54
聚对苯二甲酸乙二酯 1.38
(-182.9 C°) 1.025
海水 1.025
1.000
聚丙烯 0.946
(0 C°) 0.917
乙醇 0.789
汽油 0.73
0.534
甲烷 (-162 C°) 0.423

相关条目

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参考

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  1. ^ The National Aeronautic and Atmospheric Administration's Glenn Research Center. Gas Density Glenn research Center. grc.nasa.gov. [2015-08-29]. (原始内容存档于2013-04-14). 
  2. ^ Density definition in Oil Gas Glossary. Oilgasglossary.com. [2010-09-14]. (原始内容存档于2010-08-05). 
  3. ^ Lide, D. R. (Ed.) (1990). CRC Handbook of Chemistry and Physics (70th Edn.). Boca Raton (FL):CRC Press
  4. ^ Water – Density and Specific Weight页面存档备份,存于互联网档案馆). Engineeringtoolbox.com. Retrieved on 2011-11-22