Плотность вещества

Пло́тность вещества́, масса, приходящаяся на единицу объёма однородного вещества. Плотность неоднородного вещества в некоторой точке определяется как плотность выделенного в окрестности этой точки небольшого объёма, в пределах которого вещество можно считать однородным. Используется также понятие средней плотности неоднородного тела, которая определяется как отношение массы ${\displaystyle m}$ тела к его объёму ${\displaystyle V}$: ${\displaystyle \rho =m/V}$. Плотность в Международной системе единиц СИ (SI) измеряется в кг/м³ , в системе СГС – в г/см³ .

Плотность веществ изменяется в очень широком диапазоне. Плотность некоторых конденсированных веществ при температуре 20 °С и атмосферном давлении составляет: воды – 10³ кг/м³ , алюминия – 2,7 · 10³ кг/м³ , железа – 7,9 · 10³ кг/м³ , ртути – 13,5 · 10³ кг/м³ , золота – 19,3 · 10³ кг/м³ , осмия – 22,6 · 10³ кг/ м³ . Плотность газов очень сильно зависит от температуры и давления. Плотность разреженного газа может быть рассчитана с помощью уравнения состояния идеального газа: ${\displaystyle \rho =pM/RT}$, где ${\displaystyle M}$ – молярная масса, ${\displaystyle p}$ – давление, ${\displaystyle R}$ – универсальная газовая постоянная, ${\displaystyle T}$ – абсолютная температура. Плотность сухого воздуха при нормальных условиях равна 1,29 кг/м³ . Наибольшие значения плотности, встречающиеся в природе, имеют порядок 10¹⁷ –10¹⁸ кг/м³ (плотность ядерной материи, нейтронных звёзд). Самую низкую плотность имеет межзвёздная среда: плотность даже достаточно плотных её областей составляет 10^–17 –10^–8 кг/м³ .

Плотность вещества, как правило, уменьшается с ростом температуры и увеличивается с повышением давления. При переходах вещества из одного агрегатного состояния в другое плотность изменяется скачкообразно: резко уменьшается при переходе вещества в газообразное состояние и, как правило, увеличивается при его затвердевании. Так, переход воды в газообразное состояние (пар) в процессе кипения при атмосферном давлении сопровождается уменьшением её плотности в 1720 раз. Плотность большинства жидкостей при затвердевании незначительно увеличивается, но вода отличается аномальным поведением: плотность льда меньше плотности воды примерно на 9 %.

Плотности веществ играют существенную роль в широком круге различных физических явлений: например, плотность определяет условие плавания тел в жидкости или газе, наряду с упругими свойствами вещества, определяет скорость звука в нём.

Плотность жидкостей и твёрдых тел находят как путём точного определения массы тела и его объёма, так и с помощью специальных приборов – плотномеров. Одним из наиболее распространённых плотномеров является ареометр – прибор для определения плотности жидкостей и контроля их состава.