密度及相關(guān)概念

在物理學(xué)中,，密度是指某種物質(zhì)的質(zhì)量與該物質(zhì)體積的比值，其公式為：

ρ = m / V

ρ—物質(zhì)的密度,，kg/m³,；

m—物質(zhì)的質(zhì)量，kg,；

V—物質(zhì)的體積,，m³。

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

密度在使用過程中,，由于應(yīng)用領(lǐng)域不同，物質(zhì)形態(tài)差異,，對(duì)其體積的定義有較大的區(qū)別,，例如，對(duì)于塊狀金屬,，其體積為排開水的容積,；對(duì)于玉米、小米等糧食,，更關(guān)心其堆體積,；而對(duì)于多孔材料，需要了解其骨架體積,。為此,，需要對(duì)體積進(jìn)行嚴(yán)格的定義。根據(jù)應(yīng)用需求,，體積可分為密實(shí)體積,、自然體積和堆體積三類。

(1) 密實(shí)體積

密實(shí)體積是指密實(shí)狀態(tài)下的體積,，即指構(gòu)成材料的固體物質(zhì)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(tài)下的體積,，即指固體物質(zhì)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(nèi)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(tài)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(guān)概念,，如體積密度、表觀密度,、真密度等均與上述三個(gè)體積密切相關(guān),。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(nèi)部,，構(gòu)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(nèi)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(nèi)部后，又產(chǎn)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(lián)孔。盲孔、貫通孔和交聯(lián)孔都具有一個(gè)共性,，即有一端與外界相通,，所以這類孔統(tǒng)稱為開孔，由這些孔構(gòu)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(lián)孔）  5—開口孔隙（貫通孔）

圖11多孔材料自然狀態(tài)下體積示意圖

有了上述的定義和基本知識(shí),，對(duì)一些概念的詮釋便容易理解。設(shè)多孔材料中的固體骨架部分的質(zhì)量為m,，由于開孔孔隙與閉口孔隙內(nèi)填充的為氣體,，其質(zhì)量可忽略不計(jì)，即多孔材料總質(zhì)量與固體骨架質(zhì)量相等,，也為m,，固體物質(zhì)構(gòu)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,。