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密度

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密度
常見符號
ρ
國際單位kg/m3
因次
量筒中有不同顏色、不同密度的不相溶液體

密度是指一物質單位體積下的質量,常用希臘字母ρ或是英文字母DDensity)表示。在數學上,密度定義為質量除以體積的商 。即物體的質量與體積的比值[1]

其中ρ為密度,m為質量,V為體積。

有時(例如美國的石油業或天然氣產業)會將密度定義為單位體積的重量[2],不過在科學上是不精確的,此物理量應稱為比重量

定義

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密度是單位體積的物質具有的質量,即

式中,為物體的質量,為體積。對於質量分布均勻的物質,密度公式可簡化為初等數學形式

另外,密度還有一個定義,即:質量與體積的"比值"。

公式的變形——質量方程式

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根據密度的定義式

經變形,可以得到

上面的公式通常被稱作質量方程。可以利用上式,並結合一些幾何關係,從而求出自然界中任一物體的質量。該式適用於自然界中的任何物體或物質,且不受物質狀態的影響。質量方程已經在凝聚態物理學固體物理學連續介質力學流體力學等眾多物理學分支的定量分析當中得到了廣泛的應用。

單位

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國際單位制中密度的單位是kg/m3,其它常用的單位有g/cm3,以及工程中常用的t/m3

特性

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密度反映了物質本身的一種特性,它因此可以受到外界因素的影響。一般來講,影響物質密度的主要物理量為壓強溫度氣體密度受壓強溫度的影響比較明顯,通常氣體只給出標準狀況下或者常溫常壓下的密度,其他狀況下的密度可以通過氣體的狀態方程(例如理想氣體狀態方程范德瓦爾斯方程)計算。 液體的密度主要取決於液體的組分,受溫度的影響比較小(但有時也不能忽略)。很高的壓強也會產生明顯影響。 固體的密度受溫度壓強影響而變化的特性類似於液體,且一般更不明顯。

此外,還有其他可能影響物質密度的物理因素,比如磁場電場等。就整個自然界而言,特大的壓力會使某些天體中物質的密度與常見密度相差懸殊。

密度及比容

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

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。

水的密度

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水的密度
溫度 (°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以下的密度值參看過冷水

常見物質密度列表

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下表中列出了部分均勻物質的密度。請注意,即使對於同一種物質,因為可能存在多種微觀結構,也可能有不同的密度。對於某些混合物,因為採樣的時間、地點不同,也可能有不同的數值(例如海水汽油等)。下面的數據僅供粗略計算中參考。

物質 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
六氟化鎢 (-9 C°) 4.560
4.507
鑽石 3.5
2.7
硫酸 1.84
1.74
葡萄糖 1.54
聚對苯二甲酸乙二酯 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

相關條目

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參考

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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]. (原始內容存檔於2013-04-14). 
  2. ^ Density definition in Oil Gas Glossary. Oilgasglossary.com. [2010-09-14]. (原始內容存檔於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頁面存檔備份,存於網際網路檔案館). Engineeringtoolbox.com. Retrieved on 2011-11-22