密度及相关概念

密度及相关概念

在物理学中，密度是指某种物质的质量与该物质体积的比值，其公式为：

ρ = m / V

ρ—物质的密度，kg/m³；

m—物质的质量，kg；

V—物质的体积，m³。

密度是物质的物理特性之一，不同物质的密度一般不同，反映了不同物质的不同性质，因此，可以根据密度来鉴别物质。密度不随物质形状和空间地理位置的变化而变化，但因物质的状态、温度、压强的改变而改变。例如，水的三种状态冰、水、水蒸汽密度不同；蒸汽锅炉中，同样是水蒸汽，因压强不同，蒸汽密度也不同。

密度在使用过程中，由于应用领域不同，物质形态差异，对其体积的定义有较大的区别，例如，对于块状金属，其体积为排开水的容积；对于玉米、小米等粮食，更关心其堆体积；而对于多孔材料，需要了解其骨架体积。为此，需要对体积进行严格的定义。根据应用需求，体积可分为密实体积、自然体积和堆体积三类。

(1) 密实体积

密实体积是指密实状态下的体积，即指构成材料的固体物质本身的体积。例如：翡翠、钢板、玛瑙、橡胶等。

(2) 自然体积

自然体积是指自然状态下的体积，即指固体物质的体积与全部孔隙体积之和。例如：面包，表面有象蜂窝一样的开孔，内部则是如同气泡一样的封闭孔。类似材料很多，木头、透气砖、分子筛、活性炭、泡沫等。

(3) 堆积体积

堆积体积是指自然状态下的体积与颗粒之间的空隙之和。日常生活中*常见，例如：粮食、水泥、土壤等。

密度的相关概念，如体积密度、表观密度、真密度等均与上述三个体积密切相关。以多孔材料为例，其体积包括开口孔隙、闭口孔隙和固体三部分，如下图所示。深入材料内部，构成封闭状，不与外界相通的孔为闭孔，所有的闭孔体积之和为闭口孔隙。一端在材料表面开口，另一端深入材料内部，称为盲孔；一端在材料表面开口，穿过材料到另一端表面也存在开孔，称为贯通孔；一端在材料表面开孔，深入材料内部后，又产生若干相通的分支，这些分支均通过主孔与材料表面相通，称为交联孔。盲孔、贯通孔和交联孔都具有一个共性，即有一端与外界相通，所以这类孔统称为开孔，由这些孔构成的开孔体积之和即为开口孔隙。

1—固体  2—闭口孔隙  3—开口孔隙（盲孔） 4—开口孔隙（交联孔）  5—开口孔隙（贯通孔）

图11多孔材料自然状态下体积示意图

有了上述的定义和基本知识，对一些概念的诠释便容易理解。设多孔材料中的固体骨架部分的质量为m，由于开孔孔隙与闭口孔隙内填充的为气体，其质量可忽略不计，即多孔材料总质量与固体骨架质量相等，也为m，固体物质构成的体积为V_固，闭口孔隙体积为V_闭，开口孔隙体积为V_开。