Sűrűség
A sűrűség (jele: ρ – görög: ró) az adott térfogategység tömegének mértéke. Ha egy test sűrűsége nagyobb, az annyit jelent, hogy adott térfogategységenként nagyobb a tömege. Egy test átlagos sűrűsége egyenlő a teljes tömeg és a teljes térfogat hányadosával. Egy sűrűbb anyagú test (például vas) kisebb térfogatot foglal el, mint egy ugyanakkora tömegű kisebb sűrűségű anyag (például víz).
A sűrűség SI mértékegysége kilogramm per köbméter kg/m³
ahol
- ρ a test sűrűsége, kg/m³
- m a test teljes tömege, kg
- V a test teljes térfogata, m³,
Tartalomjegyzék |
A sűrűség fajtái [szerkesztés]
A sűrűségnek csak homogén testeknél van értelme. Vegyük a homokot példának. Ha egy tárolót lazán feltöltünk homokkal és elosztjuk a homok tömegét a tároló térfogatával, akkor kapunk egy értéket. Ha ezt a tárolót újra feltöltjük, és hagyjuk, hogy a homok jobban összeálljon, akkor az előzőnél nagyobb értéket kapunk. Mindkét esetben a térfogat egy részét a homokszemek közti hézagok foglalják el.
A homogenitás kérdése [szerkesztés]
A testek belsejének sűrűsége a test terjedelmén belül változó tehet, azaz: lehetnek inhomogének. A sűrűséget ilyenkor a térfogat mentén értelmezett derivált fejezi ki.
A Föld légkörének sűrűsége például gömbszimmetrikus anizotrópiát mutat (belülről-kifelé monoton csökkenő értékű). A tüzeléstechnikában a kéményhatás azon a jelenségen alapszik, hogy a kémény belsejében a füstgázok sűrűsége monoton változó alulról-felfelé.
Sűrűséghez kapcsolódó fogalmak [szerkesztés]
Halmazsűrűségről beszélünk, ha az anyagrészecskék közti tér hézagokat tartalmaz, egyes esetekben azt más egyéb anyag részecskéi töltik ki. Angolul: bulk density. A hézaggal kitöltött térfogat részaránya a porozitás. A félreértések elkerülése céljából e szócikk értelmében a sűrűséget angolul mass density névvel nevezik, míg a porózus anyagok érdemi részének sűrűségét particle density-nek (IUPAC).
Sűrűség-jellegű fogalmak [szerkesztés]
Felületi sűrűség, vonalmenti sűrűség
További mértékegységek [szerkesztés]
A sűrűség SI mértékegysége kilogramm per köbméter: kg/m³. Szabályos, az SI egységből prefixummal képzett még a gramm per köbcentiméter: g/cm³, és a kilogramm per köbdeciméter: kg/dm³. Az SI által elfogadott rendszeren kívüli további mértékegységek, mint a liter és a tonna, széles választékot kínálnak a sűrűség kifejezésére, pl.: kilogramm per liter: kg/l. Az USA hagyományos mértékegység rendszere szerint a sűrűséget font per köblábban (lb/ft³), font per köbyardban (lb/yd³), font per köbhüvelykben (lb/in³), uncia per köbhüvelykben (oz/in³) (1 uncia = 28,35 g), font per gallonban (lb/gal), font per bushelben (lb/bu) (1 bushel = 290,79 l), valamint a mérnökök által használt slug per köbméterben (1 slug = 14,6 kg) mérhetjük.
A tiszta víz sűrűsége 101 325 Pa nyomáson 3,98 °C-on (277,13 K) a legnagyobb: 999,972 kg/m³.
1901-től 1964-ig a litert 1 kg víz maximális térfogataként definiálták, mivel a tiszta víz legnagyobb sűrűsége kb. 1,000000 kg/l (most 0,999972 kg/l). Sokáig tehát ez a meghatározás volt hatályban, mígnem kiderítették a tiszta víz tényleges maximális sűrűségét, ami 0,999972 kg/dm³. Így a diákoknak ebben az időszakban olyan rejtett tényeket kellett megtanulniuk, mint például a köbcentiméter és a milliliter teljes eltérése. (1 ml = 1,000028 cm³). Ezt az értéket kapjuk, ha a reális folyadék kompresszibilitását nem a Pa, hanem a bar mértékegységgel definiáljuk.
A sűrűség mérése [szerkesztés]
A folyékony anyagok sűrűségét areométerrel (αραιός azt jelenti: híg) és piknométerrel (πυκνός azt jelenti: sűrű) mérik. A piknométer egy pontos térfogatú üvegedény. Egy arra alkalmas folyadékot használ (pl.: vizet vagy higanyt) a térfogat arkhimédeszi elv szerinti meghatározására. ISO szabványa: ISO 1183-1:2004. Szilárd anyagok sűrűségének mérésére gázpiknométert használnak.
Anyagok sűrűsége [szerkesztés]
A legnagyobb sűrűsége valószínűleg egy neutron csillagnak van. A fekete lyukaknak, a központjukban található rendkívüli gravitáció miatt, az általános relativitáselmélettel összhangban, nincs kiterjedésük, így a sűrűségüket nem értelmezzük.
A Földön található legsűrűbb természetes anyag az ozmium, körülbelül 22 590 kg/m³.
Néhány anyag sűrűsége:
| Anyag | Sűrűsége, kg/m³ |
| Irídium | 22 650 |
| Ozmium | 22 610[1] |
| Platina | 21 450 |
| Arany | 19 300 |
| Volfrám | 19 250 |
| Urán | 19 050 |
| Higany | 13 580 |
| Palládium | 12 023 |
| Ólom | 11 340 |
| Ezüst | 10 490 |
| Réz | 8 960 |
| Vas | 7 870 |
| Ón | 7 310 |
| Titán | 4 507 |
| Gyémánt | 3 500 |
| Alumínium | 2 700 |
| Magnézium | 1 740 |
| Tengervíz | 1 025 |
| Víz | 1 000 |
| Jég | 917 |
| Etil-alkohol | 790 |
| Benzin | 730 |
| Aerogél | 3,0 |
| Bármilyen gáz | az átlagos moláris tömeg 0,0446-del szorozva, ezért standard hőmérsékleten és nyomáson 0,09 és 10,0 között van |
| Például levegő | 1,2 |
Az egyesített gáztörvényből a moláris tömeg 
. Behelyettesítve a sűrűség képletét ugyanez: 
. Kifejezve a sűrűséget:
kapjuk, hogy átlagos nyomáson (101325 Pa) és hőmérsékleten (293 K) az ideális gáz sűrűsége a moláris tömegéből kiszámítható. A levegő moláris tömege 0,0289 kg/mol, az egyetemes gázállandó 8,3145 J/(mol×K). Sűrűsége így 
| A levegő sűrűsége (ρ) bizonyos hőmérsékleteken | |
| 't, °C | ρ, kg/m³ |
| – 10 | 1,341 |
| – 5 | 1,316 |
| 0 | 1,293 |
| + 5 | 1,269 |
| + 10 | 1,247 |
| + 15 | 1,225 |
| + 20 | 1,204 |
| + 25 | 1,184 |
| + 30 | 1,164 |
Megjegyzések:
- Az aerogél a világ legkisebb sűrűségű szilárd anyaga.
Források [szerkesztés]
- ↑ Arblaster, J. W. (1989.). „Densities of osmium and iridium: recalculations based upon a review of the latest crystallographic data”. Platinum Metals Review 33 (1), 14–16. o.
