Dichte ist eine intensive Materiemenge in der Physik und Chemie, die ausdrückt, wie viel Masse dieses Materials in einem bestimmten Volumen vorhanden ist. Diese physikalische Eigenschaft der Materie wird mit dem griechischen Buchstaben bezeichnet.
Um die Dichte zu berechnen, wird diese Formel verwendet:
Woher,
m ist die Masse
V ist das Volumen
Im SI-System wird die Dichte in Kilogramm pro Kubikmeter (kg / m3) ausgedrückt, aber auch die älteste Einheit (aus dem cgs-System) Gramm pro Kubikzentimeter (g / cm3) oder Kilogramm pro Kubikdezimeter wird verwendet.
Um das Volumen eines Objekts zu berechnen, kann man auf das Tauchbad von Archimedes zurückgreifen . Dabei wird das Objekt in einen Behälter mit einer leicht berechenbaren Fläche getaucht und mit dem Höhenunterschied der Wasseroberfläche multipliziert.
Die Dichte von destilliertem Wasser bei einem Druck von 1 atm und einer Temperatur von 4 ° C beträgt 1000 Kilogramm pro Kubikmeter (kg / m³), also 1 kg pro Liter.
Wie beeinflussen Druck und Temperatur die Dichte?
Die Dichte eines Stoffes wird normalerweise bei einer bestimmten Temperatur und einem bestimmten Druck tabelliert, da sie von der Größe dieser intensiven Größen abhängt.
Bei den meisten Stoffen nimmt das Volumen mit steigender Temperatur linear zu. Diese Temperaturabhängigkeit der Dichte wird im Ausdehnungskoeffizienten eines Stoffes ausgedrückt.
Eine Ausnahme von dieser Regel bildet unter anderem Wasser. Besonders bei niedrigeren Temperaturen zeigt der Ausdehnungskoeffizient von Wasser ein abweichendes Verhalten: Bei etwa 4 °C hat der Ausdehnungskoeffizient von Wasser ein Minimum.
Das Masse-Volumen-Verhältnis eines Stoffes nimmt bei höheren hydrostatischen Drücken im Allgemeinen linear zu. Diese Kompressibilität wird im Kompressionsmodul ausgedrückt. Der Kompressionsmodul steht in engem Zusammenhang mit der Elastizität eines Materials, die sich im Elastizitätsmodul ausdrückt.
Wie variiert die Dichte zwischen Gasen, Flüssigkeiten und Feststoffen?
Die Dichte eines Stoffes unterscheidet sich je nach Aggregatzustand unter Standardbedingungen. Im Allgemeinen ist die Dichte eines Stoffes in der festen Phase höher als in der flüssigen Phase.
Andererseits ist die von Gasen unter Standardbedingungen viel niedriger als die von Flüssigkeiten und Feststoffen.
Gase
Ein Gas verhält sich im Allgemeinen wie ein ideales Gas, es sei denn, der Druck ist sehr hoch oder die Temperatur liegt deutlich unter der kritischen Temperatur des Gases. Für ein ideales Gas lässt sich die Dichte nach folgender Formel berechnen:
wo:
M ist die Molmasse.
P ist der Druck.
R ist die Gaskonstante.
T ist die absolute Temperatur.
Flüssigkeiten und Feststoffe
Festkörper mit offener kristalliner Struktur haben eine relativ geringere Dichte als Festkörper mit dichter kristalliner Struktur, wie Metalle und Legierungen.
Beim Schmelzen geht die Ordnung der Kristallstruktur des Festkörpers verloren und die Bindungen im Kristall werden aufgebrochen. Dadurch vergrößert sich der durchschnittliche Abstand zwischen Atomen oder Molekülen, sodass sich die meisten Stoffe bei der Fusion ausdehnen. Daher nimmt die Dichte eines Stoffes normalerweise während der Fusion ab.
Dichtetypen
Absolute Dichte: drückt das Verhältnis zwischen Masse und Volumen eines Stoffes aus.
Relative Dichte: Sie ist das Verhältnis zwischen der Dichte eines Stoffes und der eines anderen Referenzstoffes und hat keine Einheiten. Wasser ist in der Regel der Bezugsstoff für Feststoffe und Flüssigkeiten; für Gase, Luft.
Scheindichte: Wird in Materialien mit heterogener Zusammensetzung verwendet. Zum Beispiel enthalten poröse Materialien Zwischenräume von Luft oder anderen Substanzen darin. Daher haben diese Materialien eine geringere Dichte, als wenn das Material verdichtet wird.
Bevölkerungsdichte oder relative Bevölkerung: bezieht sich auf die durchschnittliche Einwohnerzahl pro Quadratkilometer eines Landes, einer Region, eines städtischen oder ländlichen Gebiets in Bezug auf eine bestimmte Flächeneinheit des Territoriums, in dem es sich befindet.
