密度定义

物质的质量与其体积之比即为密度。密度通常用符号“?”表示。

特定化合物的密度等于其较大的颗粒数量。不同材料的密度差异很大，可能对包装、清洁度和稳定性很重要。物质的密度会随压力和温度的变化而变化。与其他物质相比，这种密度的变化通常被认为是最小的；然而，这对于蒸气来说可能过多。密度也称为其他名称，例如体积质量密度或比质量。

当对材料施加压力时，会发生体积减小和密度随之增加的情况。当增加施加到材料上的热量（温度）时，材料的密度会降低，随之体积会增加。

它有时被无量纲的术语如“相对密度”或“比重”所取代，这是物质的密度与标准样品（通常是水）的密度之比，以便更容易地在多个系统之间进行密度测量。

密度测量

有多种方法和标准可以计算物质的密度。这些方法包括倾倒或敲击、使用液体比重计、流体静力平衡、浸入物法、量筒、空气比较量筒和比重瓶。每种方法都有助于测量特定类型的密度。因此，让我们了解一些主要的密度类型。

均匀物质

均匀物质的浓度在任何地方都与其总质量除以总体积容量相同。容量可以通过解析法或通过液体的运动来计算，而质量通常使用天平或秤来计算。液体比重计、密度计和科里奥利流量计可分别用于测量流体或蒸气等物质的整体密度。

非致密材料

空隙是未解决任何物质的区域。虽然空气通常是真空，但它也可能是一个吸力、液体、固体或气态的组成部分。

通常使用精确测量或基于已知参数的数学计算来确定物质的重体积，包括空隙率。

在非致密物质中，应仔细确定测试件的质量。根据原始的测量方式，在确定压缩状态下物质的质量时，可能需要考虑由空隙体积引起的浮力效应。

非均匀物质

如果物质不均匀，物质的体积在物体的不同部分将不同。在这种情况下，使用围绕某个点的微小体积的密度来计算那里的密度。

除非能够准确确定两种空隙物质之间的密度变化，否则在保持固定体积以计算空隙率之前，用另一种物质替换一种空隙物质所产生的质量变化可能很有用。

SI 单位

通常，CGS 制中的密度单位是克/立方厘米（g/cm3）。同时，**千克/立方米（kg/m3）** 是 SI 制中用于量化密度的单位。计算密度单位的公式是

? = m/V

其中“?”表示密度，“m”表示质量，“V”表示体积。

密度变化

理论上，增加压力或加热速率会改变密度。随着压力的增加，物质的密度不断增加。对于密度随热量增加而减小的普遍规则，有许多显著的例外。液体和固体的浓度仅受热和压力的轻微影响。普通液体或物质的压缩性为 10^-6 bar^-1，热膨胀系数为 10^-5 K^-1。

理想气体的密度是

? = M*P/R*T

其中“?”表示密度，“M”表示物质的质量，“P”表示压力，“R”表示通用气体常数，“T”表示绝对温度。

温度对密度的影响

所有材料在加热时都有膨胀的倾向，导致相同的质量占据更大的体积并降低密度。尽管这种增长并不显著，但与液体相比，对于大多数材料来说，这种增长通常较小。

实际应用

• 密度在许多领域都很重要；例如，我们在海岸和水上乐园看到的充气救生衣悬浮在水面上，以便游泳者可以使用它们防止溺水。由于空气的密度比液体低，救生衣通常会因此而漂浮。另一个例子是船只如何能够漂浮，这得益于其充气的储罐，这实际上降低了船的密度。
• 假设你拥有两个球体。第一个球体充气，第二个球体装满可乐。可乐中的分子占据的区域较小，因为它们可以移动的距离较短，这使得可乐的重量显著增加。第一个气球中的粒子正在快速碰撞，占据的体积更大，因此密度更小。结果，装满可乐的球体更重，装满空气的球体更轻。
• 密度的一个重要实际应用是管道中的液体流动，这由称为伯努利方程的方程控制。由于伯努利方程专门应用了减少排放的概念，因此液体的密度会影响其速度、力和高度。在所有其他因素恒定的情况下，密度较高的液体可以在低压、低速或低海拔的情况下在管中流动。
• 密度的一个常见用途是评估粒子在水上漂浮的可能性。密度低于分布水的物体会漂浮；如果其密度高于水，则会沉没。由于其充气的储罐，这些储罐分布了大量的较小质量并降低了船的密度，船能够漂浮。这种较低的密度使得船能够漂浮，这得益于河流施加的浮力。
• 伯努利原理同样可以解释飞机滑翔的可能性；然而，这种现象主要取决于速度和压力，而不是密度。当然，密度也会影响飞行。由于发动机燃烧汽油，飞机面板上的横向稳定性会发生变化，导致密度不均匀。操作员应在飞机内进行调整，以考虑因质量减少而改变的质心。