Sűrűség

Ez a szócikk az anyagsűrűségről szól. Hasonló címmel lásd még: Sűrűség (egyértelműsítő lap).

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).

Az SI mértékegysége kilogramm per köbméter (kg/m³)

A sűrűséget a

${\displaystyle \rho ={\frac {m}{V}}}$

összefüggés definiálja, ahol

ρ a test sűrűsége, kg/m³

m a test teljes tömege, kg

V a test teljes térfogata, m³,

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 testek belsejének sűrűsége a test terjedelmén belül változó lehet, 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.

Halmazsűrűségről beszélünk, ha az anyagrészecskék közti tér hézagokat tartalmaz, egyes esetekben azt más egyéb anyag részecskéi töltik ki. A hézaggal kitöltött térfogat részaránya a porozitás.

Felületi sűrűség, vonalmenti sűrűség

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 minimális 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 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.

A legnagyobb sűrűsége valószínűleg egy neutroncsillagnak 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. A világ legkisebb sűrűségű szilárd anyaga az aerogél.

Az egyesített gáztörvényből a moláris tömeg ${\displaystyle M={\frac {mRT}{pV}}}$. Behelyettesítve a sűrűség képletét ugyanez: ${\displaystyle M={\frac {{\rho }RT}{p}}}$. Kifejezve a sűrűséget: ${\displaystyle \rho ={\frac {Mp}{RT}}}$ kapjuk, hogy átlagos nyomáson (101 325 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 ${\displaystyle \rho ={\frac {0,0289\cdot 101325}{8,3145\cdot 293}}\ {\mbox{kg/m}}^{3}=1,21\ {\mbox{kg/m}}^{3}}$.

• Fajsúly

• Angolszász mértékegységek átváltása
• Gázok sűrűségének mérése a Bunsen-féle kiömlési törvény alapján Archiválva 2005. október 28-i dátummal a Wayback Machine-ben