Gęstość, masa właściwa[1] – stosunek masy pewnej ilości substancji do zajmowanej przez nią objętości[2].

W przypadku substancji jednorodnych porcja ta może być wybrana dowolnie. Jeśli masa równa jest a jej objętość to gęstość substancji wynosi[2]:

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[2]:

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[2]. 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[2].

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)[2].

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[3]; w znaczeniu technicznym lepkość i gęstość opisują inne wielkości (przykładowo woda ma większą gęstość od mineralnego oleju smarnego, ale mniejszą lepkość[4]).

Gęstość ciał stałych

Gęstość ciał stałych w (kg/m³) w 20 °C

Ciałow kg/m³
Aluminium (glin)2720
Antymon6685
Arsen5776
Azbest w tek.2000–2800
Bakelit1340
Bar3600
Beryl1848
Bor3300
Beton1800–2400
Bizmut9807
Brąz8800–8900
Celuloid1380
Chrom6920
Chromonikielina8200–8370
Cegła1400–2200
Cyna (biała)7200–7400
Cynk7130–7200
Drewno
dąb600–900
lipa400–600
Duraluminium2800
Ebonit1100–1300
Elektron
(stop magnezu)
1740–1840
Fosfor biały1830
Gips2310–2330
Glina (sucha)1500–1800
Grafit2300–2720
Guma (wyroby)1100–1190
Gutaperka960–990
Inwar8000
Iryd22400
Kadm8640
Kauczuk940
Korek220–260
Kreda1800–2600
Kobalt8900
Krzem2329,6
Kwarc2500–2800
Igelit1350
Lód przy 0 °C880–920
Magnez1740
Mangan7400
Ciałow kg/m³
Marmur2670
Miedź (elektrolityczna)8933
Mika2600–3200
Mikanit1900–2600
Molibden10200
Mosiądz8400–8700
Naftalina1150
Nikiel8350–8900
Nikielina8600–8850
Nowe srebro8400–8700
Nylon1140
Ołów11300–11400
Osm22600
Pallad11970
Parafina870–910
Piasek (suchy)1550–1800
Platyna21450
Plexiglas1180–1200
Porcelana2300–2500
Potas870
Rod12350
Saletra sodowa2260
Siarka jednoskośna1960
Siarka rombowa2067
Skóra (sucha)860
Sód980
Srebro10500
Stal7500–7900
Stal nierdzewna7860
Staliwo7840
Śnieg125
Szkło zwykłe2400–2800
Szkło kwarcowe2900
Tłuszcze920–940
Tantal16600
Węgiel drzewny300–600
Wolfram19300
Wosk950–980
Złoto19320
Żelazo czyste (α)7875
Żeliwo białe7700
Żeliwo szare6800–7250
Produkty rolne
Ciało[5][6]w kg/m³
ziarno Żyta680
ziarno Pszenicy760
ziarno jęczmienia690
ziarno owsa550
ziarno kukurydzy750
nasiona rzepaku655
nasiona Bobiku800
nasiona grochu800
nasiona wyki800
ziemniaki (kłęby)750
korzenie buraków650
wytłoki suche330
korzenie marchwi710
kiszonka z kukurydzy i słonecznika600
zielonka330
siano suche łąkowe80
siano suche z koniczyny75
sieczka50
plewy100
słoma luzem80
słoma prasowana280
obornik świeży800
obornik z gnojowni1000
Nawozy sztuczne[6]
Ciało w kg/m³
superfosfat1000
mączka fosforytowa1400
kainit1100
sól potasowa1000
siarczan amonowy800
saletra sodowa1250

Gęstość cieczy

Gęstość cieczy w (kg/m³) w 22 °C

Gęstość gazów

Gęstości gazów w (kg/m³) w 20 °C pod ciśnieniem normalnym

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[8].

Średnia gęstość Wszechświata

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

  1. gęstość, [w:] Encyklopedia PWN [dostęp 2023-03-24].
  2. 1 2 3 4 5 6 Encyklopedia fizyki, praca zbiorowa, PWN, 1973, t. 1, s. 698.
  3. Gęsty. Słownik języka polskiego PWN. [dostęp 2012-12-21].
  4. Porównanie tabelaryczne lepkości i gęstości wody z lepkościami i gęstościami olejów smarnych. [dostęp 2012-12-25].
  5. Arkadiusz Artyszak, Warto wiedzieć, ile czego się ma, [w:] Nowoczesna uprawa 12/2012, Agencja Promocji Rolnictwa i Agrobiznesu, 2012, s. 41, ISSN 1896-9046.
  6. 1 2 Mała encyklopedia rolnicza, Warszawa: Państwowe Wydawnictwo Rolnicze i Leśne, 1964, s. 258.
  7. Centralny Instytut Ochrony Pracy – Państwowy Instytut Badawczy; Tlenek węgla CO 0032, 15.10.1993 r. / 31.05.2007 r.
  8. Tomasz Bartuś: Cechy minerałów skałotwórczych. agh.edu.pl. [dostęp 2024-01-07].

Bibliografia

This article is issued from Wikipedia. The text is licensed under Creative Commons - Attribution - Sharealike. Additional terms may apply for the media files.