Objemová hmotnost

Galileo teploměr využívá změnu hustoty bezbarvé kapaliny jako funkce teploty. Klíčové údaje

SI jednotky	kg / m 3
Dimenze	ML -3
Příroda	intenzivní
Obvyklý symbol	$ρ$

Hustota z látky , nazývané také hustota hmoty , je fyzikální veličina , která charakterizuje množství této látky na jednotku objemu . Je to inverzní hodnota hmotného objemu . Hustota je moderní synonymum pro zastaralé výrazy „absolutní hustota“ a „vlastní hustota“ nebo „měrná hmotnost“.

Tato fyzikální veličina je obecně označována řeckými písmeny $ρ$ ( rhô ) nebo $µ$ ( mu ). Tyto dva zápisy používáme podle zvyklostí v pracovní oblasti. Nicméně, Mezinárodní úřad pro míry a váhy (BIPM) doporučuje používat notaci $p$ .

Hustota vody, která byla při 3,98 ° C , 1 g / cm 3 je hustota kapaliny nebo pevné látky se vyjadřuje stejné číselné hodnoty, jak je jeho hustota v g / cm 3 , nebo v kg / l : například, to je ekvivalentní říci, že hustota ethanolu je 0,79, nebo že jeho hustota je 0,79 g / cm 3 . To vede k časté záměně mezi pojmy hustoty a hustoty. Všimněte si také jako dalšího zdroje chyby, anglického překladu hustoty, což je hustota . Hustota je intenzivní množství definované lokálně v kterémkoli bodě $M$ látky:

{\ displaystyle \ rho (\ mathrm {M}) = {\ frac {\ delta m} {\ delta V}}}

kde je nekonečně hmotnost látky zaujímající objem nekonečně malý okolní $M$ . ${\ displaystyle \ delta m}$ $\ delta V$

Pokud látka není homogenní, můžeme definovat její průměrnou hustotu:

{\ displaystyle {\ bar {\ rho}} = {\ frac {m} {V}}}

kde $m$ je hmotnost látky a $V$ objem, který zabírá. Lze jej získat také integrací:

{\ displaystyle {\ bar {\ rho}} = {\ frac {\ iiint \ rho (\ mathrm {M}) \, \ mathrm {d} V} {\ iiint \ mathrm {d} V}}}

kde dva trojné integrály jsou rozšířeny do celého prostoru obsazeného látkou.

Jednotky měření

Měrnou jednotkou hustoty v mezinárodním systému je kilogram na metr krychlový ( kg / m 3 ). V systému CGS je to vyjádřeno v g / cm 3 , což má tu výhodu, že poskytuje číselné hodnoty řádu jednoty pro pevné látky za normálních podmínek teploty a tlaku (CNTP).

Běžně se používá g / cm 3 , kg / l nebo t / m 3 (druhé jednotky jsou numericky ekvivalentní) nebo jakákoli jiná jednotka vyjádřená poměrem jednotky hmotnosti a jednotky objemu.

Tyto jednotky by neměla být zaměňována s g / l notaci často používaných v chemii charakterizovat koncentrace o solutu ve vodném roztoku . Například fyziologické sérum je roztok NaCl o koncentraci 9 g / l ; to znamená, že na 1 l roztoku je 9 g NaCl , a nikoli že hustota séra je 9 g / l . Na rozdíl od hustoty nejsou gram a litr stejný materiál.

Číselná hodnota je v několika jednotkách stejná, protože 1 g / cm 3 = 1 kg / dm 3 = 1 kg / l = 1 t / m 3 a podobně 1 g / l = 1 kg / m 3 Hustota vody je velmi blízko 1 kg / l . To není náhoda, protože to vyplývá z prvních pokusů definovat kilogram jako hmotnost litru vody při 4 ° C (teplota, při které je hustota vody maximální); přesná hodnota hustoty vody při 4 ° C je 0,999 972 kg / l .

Měřící nástroje

Hustotu kapaliny, pevné látky nebo plynu lze určit pomocí pyknometru nebo Coriolisova průtokoměru . U pevných látek je také možné použít váhy a provést vážení na vzduchu a poté na vážení v kapalině (nejlépe ve vodě), tato metoda umožňuje větší přesnost. Pokud jde o kapaliny, je možné použít hustoměr, ale měření nebude tak přesné jako při jednoduchém měření se standardní nádobou.

Další možností pro stanovení hustoty kapalin a plynů je použití digitálního přístroje založeného na principu oscilační U-trubice, elektronického hustoměru, jehož výsledná frekvence je úměrná hustotě vstřikovaného produktu.

Různé hustoty v granulovaných médiích

Sypná nebo zdánlivá hustota

Sypná hustota je poměr hmotnosti částic na zdánlivého objemu, který zahrnuje objem pevné látky, která pórů a objem prostoru mezi zrny. Hodnoty uvedené v tabulkách v tomto článku jsou definovány touto hustotou, která se nejčastěji používá pro materiály obecně.

{\ displaystyle \ rho _ {\ mathrm {app}} = {\ frac {m _ {\ mathrm {mat}}} {V _ {\ mathrm {app}}}}}

U běžných stavebních materiálů (písek, štěrk atd.) Se tato hustota pohybuje mezi 1400 a 1600 kg / m 3 .

Skutečná hustota

Je to poměr mezi hmotou materiálu a skutečným objemem zrn (součet elementárních objemů zrn včetně objemu uzavřených pórů).

{\ displaystyle \ rho _ {\ mathrm {r {\ akutní {e}} el}} = {\ frac {m _ {\ mathrm {mat}}} {V _ {\ mathrm {r {\ akutní {e} } el}}}}}

U běžných kameniv se tato hustota pohybuje mezi 2 500 a 2 650 kg / m 3 a u cementu mezi 2 850 a 3 100 kg / m 3 v závislosti na kategorii.

Absolutní hustota nebo hmota

Toto množství je zajímavé pro porézní materiály. Pro přístup je nutné materiál velmi jemně rozdrtit a změřit skutečnou hustotu získaného prášku. Absolutní hustota je tedy poměr hmotnosti materiálu ke skutečnému objemu, od kterého byl odečten objem pórů (otevřených a uzavřených). Rovná se skutečné hustotě v případě neporézních materiálů.

{\ displaystyle \ rho _ {\ mathrm {absolu}} = {\ frac {m _ {\ mathrm {mat}}} {V _ {\ mathrm {absolu}}}}} = {\ frac {m _ {\ mathrm {mat}}} {V _ {\ mathrm {r {\ akutní {e}} el}} -V _ {\ mathrm {póry}}}}}

Hustota řešení

Hustota roztoku je součtem hmotnostních koncentrací (dílčích hustot) složek roztoku:

{\ displaystyle \ rho = {\ frac {1} {V}} \ součet _ {i} m_ {i} = \ součet _ {i} \ rho _ {i}}

nebo:

m i

je hmotnost složky

i

ve směsi,

V

objem směsi,

{\ displaystyle \ rho _ {i} = m_ {i} / V}

hmotnostní koncentrace složky

i

ve směsi.

Jiný výraz:

{\ displaystyle \ rho = \ součet _ {i} \ rho _ {i} ^ {0} {\ frac {V_ {i}} {V}}}

Vztah mezi molární hmotností a molárním objemem

Hustota je poměr molární hmotnosti roztoku k molárnímu objemu roztoku:

{\ displaystyle \ rho = {\ frac {M} {\ tilda {V}}} = {\ frac {\ součet x_ {i} M_ {i}} {\ součet x_ {i} {\ bar {V}} _ {i}}}}

Pro řešení se dvěma komponentami můžeme napsat:

{\ displaystyle \ rho = {\ frac {x_ {1} (M_ {1} -M_ {2}) + M_ {2}} {x_ {1} ({\ bar {V}} _ {1} - { \ bar {V}} _ {2}) + {\ bar {V}} _ {2}}}}

Hustota částice materiálu

Hustota je fyzikální veličina ve vztahu k množství hmoty přítomné uvnitř prostoru: jedná se tedy o průměrnou fyzickou veličinu.

Při kontinuálním střední fyziky (kontinuální střední mechaniky , odolnosti materiálů , mechaniky tekutin , termiky , atd ), hustota musí být schopen být definován v kterémkoliv místě umístěné uvnitř pevné nebo fluidní tělem.

Materiál částic je, přesněji uvnitř těla, množství hmoty, jejíž hustota je spojitá funkce souřadnic bodu, v libovolném bodě, že tato částice obsahuje. Hustota materiální částice je tedy průměrnou fyzikální veličinou, která je také na stupnici těla bodovou fyzikální veličinou .

Vnější vliv

Hustotu lze ovlivnit externími parametry. Měřicí tlak a teplota jsou zdrojem, zejména pro plyny. Zvyšování tlaku na předmět zmenšuje jeho objem a tím zvyšuje jeho hustotu. Kolísání s teplotou je popsáno koeficientem roztažnosti . Některé materiály (včetně dřeva) mohou absorbovat vodu, vlhkost také mění hustotu.

Tabulky hustot různých látek

U porézních materiálů (jíl, písek, půda, dřevo) jsou uvedené hustoty zjevné hustoty. Pokud není uvedeno jinak, jsou hustoty udávány pro tělesa při teplotě 20 ° C za normálního atmosférického tlaku ( 1013 hPa ).

Horniny, minerály, běžné materiály

Horniny, minerály, běžné materiály	Hustota ( kg / m 3 )
břidlice	2,700-2,800
azbest	2 500
jíl	1300–1700
beton	2200 (ozbrojeno 2500)
asfaltový beton známý jako potažený	2350
vápenec	2 000–2 800
kompost	550 - 600
křída	1 700–2 100
diamant	3517
žula	1800 (změněno) - 2500
pískovec	1600–1900
kaolín	2260
mramor	2 650–2 750
křemen	2650
pemza	910
porcelán	2 500
písek	1600 (s) - 2000 (nasycený)
křemík	2 330
ornice	1250
sklo na sklo	2530
bavlna	20 - 60

Kovy a slitiny

Kovy a slitiny	Hustota ( kg / m 3 )
ocel	7 500 - 8 100
HSS rychlořezná ocel	8 400 - 9 000
tání	6 800 - 7 400
hliník	2700
stříbrný	10 500
berylium	1848
bronz	8 400 - 9 200
uhlík ( diamant )	3 508
uhlík ( grafit )	2250
Constantan	8910
měď	8 960
duralium	2900
cín	7 290
žehlička	7860
iridium	22 560
mosaz	7 300 - 8 800
lithium	530
hořčík	1750
rtuť	13 545
molybden	10 200
nikl	8 900
zlato	19 300
osmium	22 610
palladium	12 000
Platina	21 450
Vést	11 350
draslík	850
tantal	16 600
titan	4500
wolfram	19 300
uran	19 100
vanadium	6 100
zinek	7150

Kapaliny

Kapaliny	Hustota ( kg / m 3 )
aceton	790
octová kyselina	1049
kapalný dusík při -195 ° C	810
bromu při 0 ° C	3087
voda při 4 ° C	1000
mořská voda	1000–1032
benzín	750
ethanol	789
éter	710
nafta	850
glycerol	1260
kapalné hélium při -269 ° C	150
olivový olej , hroznový olej , sezamový olej a mnoho dalších rostlinných olejů	920
kapalný vodík při -252 ° C	70
kapalný kyslík při -184 ° C	1140
mléko	1030
lidská krev	1056–1066

Seznam hustoty oleje viz [1] (obsahuje mnoho vzácných olejů, ale chybí několik velmi běžných olejů, jako jsou slunečnicový, řepkový, kukuřičný, sójový a arašídový)

Plyn

Plyn při 0 ° C	Vzorec	Hustota ( kg / m 3 nebo g / l )
acetylén	C 2 H 2	1170
vzduch	-	1293
vzduch při 20 ° C	-	1204
fluorid sírový při 20 ° C	SF 6	6,164
amoniak	NH 3	0,77
argon	Ar	1783
dinitrogen	Č. 2	1250
isobutan	C 4 H 10	2670
butan (lineární)	C 4 H 10	2700
oxid uhličitý	CO 2	1804
vodní pára při 100 ° C	H 2 O	0,597
hélium	Ahoj	0,178
vodík	H 2	0,089
krypton	Kr	3.74
neon	narozený	0,90
kysličník uhelnatý	CO	1250
ozón	O 3	2.14
propan	C 3 H 8	2.01
radon	Rn	9,73

Plasty, guma

Plasty, guma	Hustota ( kg / m 3 )
PP	850 - 920
LDPE	890 - 930
HDPE	940 - 980
břišní svaly	1 040–1 060
PS	1 040–1 060
nylon 6.6	1120–1 160
PMA	1160–1200
PLA	1250
PMMA , plexisklo	1180–1190
Pružné PVC (měkčené)	1190–1350
Bakelit	1350–1400
PET	1380–1410
Tuhé PVC	1380–1410
guma	920–2 200

Dřevo

Dřevo je živý materiál, jehož hustota se mění podle různých parametrů, zejména na plyn a vlhkost . Dřevo o hustotě větší než 1 000 kg m −3 nepluje.

Podle druhu

Dřevo	Hustota ( kg / m 3 )
mahagon	700
balsa	140
zimostráz	910 - 1320
cedr	490
Kaštan	560 - 700
kouzlo	700 - 850
Dub	610 - 980
dub (srdce)	1170
překližka	440 - 880
eben	1150
popel	840
buk	800
korek	240
topol	390
borovice	500
platan	650
jedle	450
teak	860

Podle vlhkosti

Rodina Essence	Vlhkost hrubé hmotnosti ( % )	Hustota ( kg / m 3 )
měkké dřevo ( jehličnaté )	0	450
	20	560
	50	900
střední lesy	0	550
	20	690
	50	1100
tvrdá dřeva ( listnáče )	0	650
	20	810
	50	1300

Elementy

Hustota prvků ve standardním stavu , při teplotě a tlaku okolí, v g / cm 3 (prvky s hustotou vyšší než hustota osmium nebo iridium mají pouze vypočítanou / předpovězenou a neměřenou hustotu, tyto super těžké radioaktivní prvky byly vyrobeny v příliš malém množství nebo se příliš rychle rozpadly, aby bylo možné provést měření):

Ahoj

Li
0,534

Být
1848

B
2.34

C
2

narozený

Na
0,971

Mg
1738

Al
2,6989

Si
2,33

P
1,82

S
2.07

K
0,89

Ca
1,54

Sc
2,989

Ti
4.51

V
6

Cr
7,15

Mn
7.3

Fe
7,874

Co
8.9

Ni
8,902

Cu
8,96

Zn
7,134

Ga
5,904

Ge
5,323

Eso
5,72

Viz
4.79

Br
3.12

Rb
1532

Sr
2,64

Y
4,469

Zr
6,52

Číslo
8,57

MB
10,22

Tc
11.5

Ru
12.1

Rh
12,41

Pd
12.02

Ag
10.5

Cd
8.69

V
7.31

Sn
7,29

Sb
6,68

Te
6.23

I
4.93

Cs
1,87

Ba
3,62

Číst
9 841

Hf
13,31

Vaše
16.4

Ž
19.3

Re
20.8

Kosti 22
587

Ir
22,562

Pt
21,45

V
19.3

Hg
13,546

Tl
11,85

Pb
11,35

Bi
9,79

Po
9.2

Pá
1.87

Ra
5

Srov.
23.2

Db
29.3

Sg
35

Bh
37,1

Hs
40.7

Mt
37,4

Ds
34,8

Rg
28.7

↓

6,145

Toto
6.77

Pr
6,773

Nd
7,008

Pm
7,264

Sm
7.52

5,244
EUR

Gd
7,901

Tb
8.23

Dy
8,551

Ho 8
795

Er
9,066

Tm
9,321

Yb
6.9

Sk
10.07

Čt
11.72

Pa
15,37

U
19.1

Np
20,25

Pu
19.816

Je
12

Cm
13,51

Bk
13,25

Srov
15.1

Isa
8,84

Hustota prvků při jejich bodu tání v g / cm 3 :

H
0,071

Ahoj

Li
0,512

Být
1,69

B
2.08

narozený

Na
0,927

Mg
1584

Al
2,375

Si
2,57

S
1,819

K
0,828

Ca
1378

Sc
2.8

Ti
4.11

V
5.5

Cr
6,3

Mn
5,95

Fe
6,98

Co
7,75

Ni
7,81

Cu
8,02

Zn
6,57

Ga
6,08

Ge
5.6

Eso
5.22

Viz
3.99

Rb
1,46

Sr
6,98

Y
4,24

Zr
5.8

Pozn

MB
9,33

Ru
10,65

Rh
10.7

Pd
10,38

Ag
9,32

Cd
7,996

V
7.02

Sn
6,99

Sb
6,53

Te
5.7

Já

Cs
1843

Ba
3.338

Přečíst
9.3

Vaše
15

Ž
17.6

Re
18.9

Kosti
20

Ir
19

Pt
19,77

V
17.31

Tl
11,22

Pb
10,66

Bi
10.05

Fr.

Mt.

↓

5,94

Toto
6.55

Pr
6.5

Nd
6,89

Odpoledne

Sm
7.16

EU
5,13

Gd
7.4

Tb
7,65

Dy
8,37

Ho
8,34

Er
8,86

Tm
8,56

Yb
6,21

Čt

U
17.3

Pu
16,63

Dopoledne

Srov

Poznámky a odkazy

Jacques Liboid , Průvodce měrnými jednotkami: Memento pro studenta , Brusel / Paříž, De Boeck University ,1999, 150 s. ( ISBN 2-8041-2055-4 , číst online ) , s. 59
Élie Lévy, Slovník fyziky , PUF , Paříž, 1988, s. 217
International Bureau of Weights and Measures , The International System of Units (SI) , Sèvres, BIPM,2019, 9 th ed. , 216 s. ( ISBN 978-92-822-2272-0 , číst online [PDF] ) , kap. 2.3.4 („Odvozené jednotky - tabulka 5.“), s. 27.
Martin Heinisch, Mechanické rezonátory pro snímání viskozity kapaliny a hustoty hmoty , 2015, k dispozici online na thesis.fr.
(en) Krüss Optronic, https://www.kruess.com/en/campus/density-measurement/what-is-digital-density-measurement/ , verze 1.0, Hamburk.
„ Směrnice OECD pro testování 109 o měření hustoty “ .
Collet Romain, Kritéria pro míchání mokrých granulovaných směsí , práce prezentovaná v lednu 2010, s. 16, k dispozici zde .
Dokumentace o kompostování
[PDF] Závěrečná zpráva projektu: Implementace techniky Bois Raméal Fragmenté (BRF) ve valonském zemědělství , červen 2006 , s. 1 17
J.-L. Fanchon, Mechanical Guide - Industrial Sciences and Technologies , Nathan ,2001( ISBN 2-09-178965-8 ) , str. 538
Fyzikální vlastnosti různých ocelí [ archiv21. června 2013] , na OTUA
(in) David R. Lide, CRC Handbook of Chemistry and Physics , CRC Press,2009, 90 th ed. , 2804 s. , Vázaná kniha ( ISBN 978-1-4200-9084-0 )
(in) Hustota vody a měrná hmotnost , tabulka 2 e , Engineeringtoolbox.com (přístup k prosinci 2013)
Hodnoty při atmosférickém tlaku podle mezinárodní stavové rovnice mořské vody 1980: Gérard Copin-Montégut , Fyzikální vlastnosti mořské vody , Inženýrské techniky ,2002( číst online ) , s. 8-9
Jedná se o polystyren v jeho primární, kompaktní formě. Tento polymer však může mít různé formy s nižší hustotou, mimo jiné včetně bílé expandované formy, která je nejznámější pro širokou veřejnost, což může být zdrojem záměny.
DGEMP-ADEME, „ Definice, energetické ekvivalence, metodika pro použití řídicího panelu energetické statistiky dřeva “ [PDF] , na nature.jardin.free.fr ,2005(zpřístupněno 13. listopadu 2013 )
(in) David R. Lide, CRC Handbook of Chemistry and Physics , CRC Press ,2009, 90 th ed. , 2 804 s. , vázaná kniha ( ISBN 978-1-4200-9084-0 )

Podívejte se také

Související články

externí odkazy

příklad videa hustoty , hustoty kapalin, hustoty, hustoty materiálů
Hustota vody od 0 ° C do 30 ° C / 1 ° C a od 30 ° C do 100 ° C / 10 ° C
Hustota kapalné nebo pevné částice hmoty
Koncept hustoty - střední škola