密度

密度は、材料の質量とそれらが占める体積を関連付ける量です。数学的には、次の式を使用して固体、液体、気体について計算できます。

密度 =質量またはd = m
                   音量           V

SI (国際単位系) で採用されている密度の単位は、キログラム/立方メートル ( kg/m ³ ) です。ただし、一般に、液体と固体の密度について言及する場合は、 g/cm ³またはg/mLが使用されます (cm ³ = mL)。ガスの場合は、g/Lという単位が主に使用されます。

上の式から、材料の密度は体積に反比例し、体積は温度と圧力によって変化する量であることに注意してください。したがって、温度を上げると、物質を構成する粒子または分子が膨張して体積が増加し、その結果密度が減少します。逆もまた真であり、密度は温度に反比例する、つまり温度が上昇すると密度は減少し、温度が低下すると密度は増加すると結論付けることができます。

これは熱気球が上昇する原理で、気球内の空気が加熱されると周囲の空気よりも密度が低くなります。

温度による密度の変化は、この記事の冒頭で示したガリレオ温度計と呼ばれる装置を使用して見ることができます。それは水を含む密封されたガラス管で構成されています。中には色のついた小さな泡が浮かんでおり、その中には染料を含んだ水も含まれています。各泡には、内部の色付きの水の温度を示す金属ラベルが付いています。温度が高くなるほど泡は浮きやすくなり、その逆も同様です。

そのため、材料の密度について言及するときは、温度と圧力を考慮に入れる必要があります。たとえば、海面（圧力 1 気圧）、温度 3.98 °C の水の最大密度は 1.0 g/cm ³です。

海面で氷点下の温度で水が氷になると、密度は減少し、0.92 g/cm ³に達します。これは、H ₂ O 分子間の水素結合が空の空間を持つ六角形を形成し、氷の体積が増加し、密度が減少するために起こります。

氷は水よりも比重が小さいので、水の上に浮かびます。それらの密度を比較すると、氷が押しのける水の質量と等しくなるには、氷の体積の 92% だけが必要であることがわかります。このように、氷は完全に水面上にあるわけではなく、その体積の 92% が水面下にあり、8% のみが水面上に残っています。

密度は質量の変化に依存しないため、集中的な特性です。これは、氷山と氷の立方体を比較することで観察されます。サイズと質量に関係なく、両方の密度は同じであるため、両方とも前述の割合で水に浮きます。

氷の密度は集中的な特性です

形成された氷は川、海、海洋、湖の表面に残り、残りの水の凍結を防ぎ、無数の動植物種の生存を可能にする天然の断熱材を形成するため、これは重要です。

液体の密度は、密度計と呼ばれる装置で測定されます。下の画像が示すように、これは底に鉛片が付いた目盛付きガラス管で構成されています。液体中に置かれると、密度計は特定の高さで停止し、液体の表面があった目盛りの密度を読み取るだけです。

比重計を使用して液体の密度を測定する

以下は、約 20℃、1 気圧におけるいくつかの物質の密度です。

水 …………………………………………0.997 g/ ^cm3
エチルアルコール………………………………0.789 g/cm ³
アルミニウム …………………………….. 2.70 g/cm ³
鉛………………………………11.3 g/ ^cm3
ダイヤモンド…………………………………………3.5g/ ^cm3
全乳…………………………………………1.03 g/cm ³
水銀…………………………………………13.6 g/ ^cm3

アルコールの密度は氷の密度よりも低いことに注意してください。そのため、お酒を入れたグラスに氷を入れると、氷は水のように浮かずに沈んでしまいます。

したがって、密度は純粋な物質を識別するために使用できる特定の特性です。また、物質が追加されて混合物が形成されたかどうかも表示されます。これにより物質の密度が変化します。このため、燃料用エタノール、ガソリン、牛乳などの液体に異物が混入していないかどうかを判断するために密度が広く使用される量となります。

混合物の密度は、溶解した溶質の量によって異なります。たとえば、海の密度は、さまざまな塩が溶けているため、純水の密度よりも大きくなります。死海は水中に最も高い濃度の塩が溶けている海で、その密度は 1.35 g/cm ³に相当します。この高密度のおかげで、訪れる観光客は沈むことを心配せずに水に浮かび、本を読むことさえできます。

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死海は密度が高いため、問題なく浮くことができます。