Плотность

Плотность — скалярная физическая величина, определяемая как отношение массы тела к занимаемому этим телом объёму или площади(поверхностная плотность). Более строгое определение плотности требует уточнение формулировки:

- Средняя плотность тела — отношение массы тела к его объёму. Для однородного тела она также называется просто плотностью тела.
- Плотность вещества — это плотность тел, состоящих из этого вещества. Отсюда вытекает и короткая формулировка определения плотности вещества: плотность вещества — это масса его единичного объёма.

## Виды плотности и единицы измерения

Исходя из определения плотности, её размерность кг/м³ в системе СИ и в г/см³ в системе СГС.

Для сыпучих и пористых тел различают:

- истинную плотность, определяемую без учёта пустот;
- удельную (кажущуюся) плотность, рассчитываемую как отношение массы вещества ко всему занимаемому им объёму.

Истинную плотность из кажущейся получают с помощью величины коэффициента пористости — доли объёма пустот в занимаемом объёме.

## Формула нахождения плотности

Плотность (плотность однородного тела или средняя плотность неоднородного) находится по формуле:

где m — масса тела, V — его объём; формула является просто математической записью определения термина «плотность», данного выше.

- При вычисления плотности газов эта формула может быть записана и в виде:

  где М — молярная масса газа, — молярный объём (при нормальных условиях равен 22,4 л/моль).

## Зависимость плотности от температуры

Как правило, при уменьшении температуры плотность увеличивается, хотя встречаются вещества, чья плотность ведёт себя иначе, например, вода, бронза и чугун. Так, плотность воды имеет максимальное значение при 4 °C и уменьшается как с повышением, так и с понижением температуры относительно этого числа.

При изменении агрегатного состояния плотность вещества меняется скачкообразно: плотность растёт при переходе из газообразного состояния в жидкое и при затвердевании жидкости. Правда, вода является исключением из этого правила, её плотность при затвердевании уменьшается.

## Диапазон плотностей в природе

Для различных природных объектов плотность меняется в очень широком диапазоне.

- Самую низкую плотность имеет межгалактическая среда (2·10−31÷5·10−31 кг/м³)[2].
- Плотность межзвёздной среды приблизительно равна 10−23÷10−21 кг/м³.
- Средняя плотность Солнца примерно в 1,5 раза выше плотности воды.
- Средняя плотность красных гигантов на много порядков меньше, чем у Солнца, из-за того, что их радиус в сотни раз больше.
- Средняя плотность Земли равна 5520 кг/м³.
- Жидкий водород при атмосферном давлении и температуре −253 °C имеет плотность 70 кг/м³.
- Плотность жидкого гелия при атмосферном давлении равна 130 кг/м³.
- Плотность пресной воды составляет 1000 кг/м³.
- Гранит имеет плотность 2600 кг/м³.
- Плотность железа равна 7874 кг/м³.
- Наибольшую плотность среди металлов имеет осмий (22 587 кг/м³).
- Плотность атомных ядер приблизительно равна 2·1017 кг/м³.
- Плотность белых карликов составляет 108÷1012 кг/м³.
- Плотность нейтронных звёзд имеет порядок 1017÷1018 кг/м³.
- Теоретически верхнюю границу представляет планковская плотность (современная физика оценивает её в 5,1·1096 кг/м³, хотя не исключено, что она очень сильно завышена).

## Плотности астрономических объектов

Средние плотности планет Солнечной системы и Солнца:

Средняя плотность Солнца и планет (в г/см³)

- Межпланетная среда в Солнечной системе достаточно неоднородна и может меняться во времени, её плотность в окрестностях Земли ~10−21÷10−20 кг/м³.
- Плотность межзвёздной среды ~10−23÷10−21 кг/м³.
- Плотность межгалактической среды от 2×10−34 до 5×10−34 кг/м³.
- Средняя плотность красных гигантов на много порядков меньше из-за того, что их радиус в сотни раз больше, чем у Солнца.
- Плотность белых карликов 108÷1012 кг/м³
- Плотность нейтронных звёзд имеет порядок 1017÷1018 кг/м³.
- Средняя (по объёму под горизонтом событий) плотность чёрной дыры
  - у чёрной дыры с массой порядка солнечной превышает ядерную плотность,
  - у сверхмассивной чёрной дыры с массой в 109 солнечных масс (существование таких чёрных дыр подозревается в квазарах) составляет около 20 кг/м³,
  - у сверхмассивной чёрной дыры в центре галактики может быть 0,2 кг/м³.

## Плотности некоторых газов

Плотность газов и паров (0 °C, 101325 Па), кг/м³
Азот | 1,250 | Кислород | 1,429
Аммиак | 0,771 | Криптон | 3,743
Аргон | 1,784 | Ксенон | 5,851
Водород | 0,090 | Метан | 0,717
Водяной пар (100 °C) | 0,598 | Неон | 0,900
Воздух | 1,293 | Углекислый газ | 1,977
Хлор | 3,164 | Гелий | 0,178
Этилен | 1,260 |  |

## Плотности некоторых жидкостей

Плотность жидкостей, г/см³
Бензин | 0,74 | Молоко | 1,04
Вода (4 °C) | 1,00 | Ртуть (0 °C) | 13,60
Керосин | 0,82 | Эфир | 0,72
Глицерин | 1,26 | Спирт | 0,80
Морская вода | 1,03 | Скипидар | 0,86
Масло оливковое | 0,92 | Ацетон | 0,792
Масло машинное | 0,91 | Серная кислота | 1,84
Нефть | 0,81—0,85 | Жидкий водород (−253 °C) | 0,07

## Плотность некоторых пород древесины

Плотность древесины, г/см³
Бальса | 0,15 | Пихта сибирская | 0,39
Секвойя вечнозелёная | 0,41 | Ель | 0,45
Ива | 0,46 | Ольха | 0,49
Осина | 0,51 | Сосна | 0,52
Липа | 0,53 | Конский каштан | 0,56
Каштан съедобный | 0,59 | Кипарис | 0,60
Черёмуха | 0,61 | Лещина | 0,63
Грецкий орех | 0,64 | Берёза | 0,65
Вишня | 0,66 | Вяз гладкий | 0,66
Лиственница | 0,66 | Клён полевой | 0,67
Тиковое дерево | 0,67 | Бук | 0,68
Груша | 0,69 | Дуб | 0,69
Свитения (Махагони) | 0,70 | Платан | 0,70
Жостер (крушина) | 0,71 | Тис | 0,75
Ясень | 0,75 | Слива | 0,80
Сирень | 0,80 | Боярышник | 0,80
Пекан (кария) | 0,83 | Сандаловое дерево | 0,90
Самшит | 0,96 | Эбеновое дерево | 1,08
Квебрахо | 1,21 | Бакаут | 1,28
Пробка | 0,48 |

## Измерение плотности

Для измерения плотности используются:

- Пикнометр — прибор для измерения истинной плотности
- Ареометр (денсиметр, плотномер) — измеритель плотности жидкостей.
- Бурик Качинского и бур Зайдельмана — приборы для измерения плотности почвы.
- Вибрационный плотномер — прибор для измерения плотности жидкости и газа под давлением.