密度及相關概念

密度及相關概念

在物理學中，密度是指某種物質的質量與該物質體積的比值，其公式為：

ρ = m / V

ρ—物質的密度，kg/m³；

m—物質的質量，kg；

V—物質的體積，m³。

密度是物質的物理特性之一，不同物質的密度一般不同，反映了不同物質的不同性質，因此，可以根據密度來鑒別物質。密度不隨物質形狀和空間地理位置的變化而變化，但因物質的狀態、溫度、壓強的改變而改變。例如，水的三種狀態冰、水、水蒸汽密度不同；蒸汽鍋爐中，同樣是水蒸汽，因壓強不同，蒸汽密度也不同。

密度在使用過程中，由于應用領域不同，物質形態差異，對其體積的定義有較大的區別，例如，對于塊狀金屬，其體積為排開水的容積；對于玉米、小米等糧食，更關心其堆體積；而對于多孔材料，需要了解其骨架體積。為此，需要對體積進行嚴格的定義。根據應用需求，體積可分為密實體積、自然體積和堆體積三類。

(1) 密實體積

密實體積是指密實狀態下的體積，即指構成材料的固體物質本身的體積。例如：翡翠、鋼板、瑪瑙、橡膠等。

(2) 自然體積

自然體積是指自然狀態下的體積，即指固體物質的體積與全部孔隙體積之和。例如：面包，表面有象蜂窩一樣的開孔，內部則是如同氣泡一樣的封閉孔。類似材料很多，木頭、透氣磚、分子篩、活性炭、泡沫等。

(3) 堆積體積

堆積體積是指自然狀態下的體積與顆粒之間的空隙之和。日常生活中*常見，例如：糧食、水泥、土壤等。

密度的相關概念，如體積密度、表觀密度、真密度等均與上述三個體積密切相關。以多孔材料為例，其體積包括開口孔隙、閉口孔隙和固體三部分，如下圖所示。深入材料內部，構成封閉狀，不與外界相通的孔為閉孔，所有的閉孔體積之和為閉口孔隙。一端在材料表面開口，另一端深入材料內部，稱為盲孔；一端在材料表面開口，穿過材料到另一端表面也存在開孔，稱為貫通孔；一端在材料表面開孔，深入材料內部后，又產生若干相通的分支，這些分支均通過主孔與材料表面相通，稱為交聯孔。盲孔、貫通孔和交聯孔都具有一個共性，即有一端與外界相通，所以這類孔統稱為開孔，由這些孔構成的開孔體積之和即為開口孔隙。

1—固體  2—閉口孔隙  3—開口孔隙（盲孔） 4—開口孔隙（交聯孔）  5—開口孔隙（貫通孔）

圖11多孔材料自然狀態下體積示意圖

有了上述的定義和基本知識，對一些概念的詮釋便容易理解。設多孔材料中的固體骨架部分的質量為m，由于開孔孔隙與閉口孔隙內填充的為氣體，其質量可忽略不計，即多孔材料總質量與固體骨架質量相等，也為m，固體物質構成的體積為V_固，閉口孔隙體積為V_閉，開口孔隙體積為V_開。