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(guò)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(kāi)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(lèi)。

(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(kāi)孔，內(nèi)部則是如同氣泡一樣的封閉孔。類(lèi)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(jiàn)，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(kāi)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(kāi)口，另一端深入材料內(nèi)部，稱為盲孔；一端在材料表面開(kāi)口，穿過(guò)材料到另一端表面也存在開(kāi)孔，稱為貫通孔；一端在材料表面開(kāi)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(guò)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(lèi)孔統(tǒng)稱為開(kāi)孔，由這些孔構(gòu)成的開(kāi)孔體積之和即為開(kāi)口孔隙。

1—固體  2—閉口孔隙  3—開(kāi)口孔隙（盲孔） 4—開(kāi)口孔隙（交聯(lián)孔）  5—開(kāi)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(kāi)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(kāi)口孔隙體積為V_開(kāi)。