Đo mật độ
Vật liệu đồng nhất
Mật độ ở tất cả các điểm của một vật thể đồng nhất bằng tổng khối lượng của nó chia cho tổng thể khối lượng của nó. Khối lượng thường được đo bằng cân hoặc cân bằng; thể tích có thể được đo trực tiếp (từ hình học của vật) hoặc do sự dịch chuyển của chất lỏng. Để xác định mật độ của chất lỏng hoặc khí, có thể sử dụng đồng hồ kế kế, đồng hồ đo hoặc đồng hồ đo lưu lượng Coriolis. Tương tự như vậy, trọng lượng thủy tĩnh sử dụng sự dịch chuyển của nước do một vật thể chìm để xác định mật độ của vật.
Vật liệu không đồng nhất
Nếu cơ thể không đồng nhất, mật độ của nó khác nhau giữa các vùng khác nhau của vật thể. Trong trường hợp đó mật độ xung quanh bất kỳ vị trí nào được xác định bằng cách tính mật độ của một khối lượng nhỏ xung quanh vị trí đó. Trong giới hạn của một khối lượng nhỏ, mật độ của một vật không thuần nhất tại một điểm trở thành: ρ ({\ displaystyle {\ vec {r}}} {\ vec {r}} = dm / dV, trong đó dV là một khối lượng cơ bản tại vị trí r. Khối lượng cơ thể sau đó có thể được thể hiện bằng
Vật liệu không compact
Trong thực tế, vật liệu rời như đường, cát, hoặc tuyết có lỗ rỗng. Nhiều vật liệu tồn tại trong tự nhiên như mảnh, viên, hoặc hạt.
Voids là những vùng có chứa một cái gì đó khác với vật liệu được xem xét. Thông thường khoảng trống là không khí, nhưng nó cũng có thể là chân không, chất lỏng, rắn, hoặc khí khác hoặc hỗn hợp khí.
Khối lượng lớn của vật liệu bao gồm phần void thường được lấy bằng phép đo đơn giản (ví dụ với một ly đo lường) hoặc hình học từ các kích thước đã biết.
Khối lượng chia cho khối lượng lớn xác định mật độ lớn. Đây không phải là điều tương tự như mật độ khối lượng thể tích.
Để xác định mật độ khối lượng thể tích, trước hết phải giảm khối lượng của phần void. Đôi khi điều này có thể được xác định bởi lý luận hình học. Đối với đóng đóng của quả cầu bằng nhau, tỷ lệ không void có thể được nhiều nhất khoảng 74%. Nó cũng có thể được xác định theo kinh nghiệm. Tuy nhiên, một số vật liệu rời, chẳng hạn như cát, có một phần không thay đổi mà phụ thuộc vào cách vật liệu được khuấy hoặc đổ. Nó có thể lỏng lẻo hoặc nhỏ gọn, với khoảng không nhiều không gian hoặc không khí tùy thuộc vào việc xử lý.
Trong thực tế, phần void không nhất thiết là không khí, hoặc thậm chí là khí. Trong trường hợp của cát, nó có thể là nước, có thể được thuận lợi cho việc đo lường như là một phần void cho cát bão hòa trong nước-một khi bất kỳ bong bóng khí bị triệt để thoát ra-có khả năng nhất quán hơn cát khô đo bằng không khí.
Trong trường hợp vật liệu không compact, ta cũng phải quan tâm đến việc xác định khối lượng của mẫu vật liệu. Nếu vật liệu chịu áp lực (áp suất không khí xung quanh bề mặt trái đất), việc xác định khối lượng từ trọng lượng mẫu đo được có thể cần phải tính đến các hiệu ứng nổi do mật độ của thành phần không, tùy theo cách đo được tiến hành như thế nào. Trong trường hợp của cát khô, cát dày đặc hơn không khí mà hiệu quả nổi thường bỏ qua (ít hơn một phần một nghìn).
Sự thay đổi khối lượng khi di chuyển một vật liệu vô hiệu với một chất khác trong khi duy trì thể tích không đổi có thể được sử dụng để ước lượng phân số void, nếu sự khác biệt về mật độ của hai vật liệu rỗng được biết đến một cách chắc chắn.
Thay đổi mật độ
Nói chung, mật độ có thể thay đổi bằng cách thay đổi áp suất hoặc nhiệt độ. Tăng áp lực luôn tăng mật độ vật liệu. Tăng nhiệt độ thường làm giảm mật độ, nhưng có những ngoại lệ đáng chú ý để tổng quát này. Ví dụ, mật độ nước tăng giữa điểm nóng chảy của nó ở 0 ° C và 4 ° C; hành vi tương tự được quan sát thấy trong silicon ở nhiệt độ thấp.
Ảnh hưởng của áp suất và nhiệt độ lên mật độ chất lỏng và chất rắn là nhỏ. Độ nén của chất lỏng hay chất lỏng điển hình là 10-6 bar-1 (1 bar = 0.1 MPa) và độ giãn nhiệt trung bình là 10-5 K-1. Điều này gần như biến thành nhu cầu khoảng mười nghìn lần áp suất không khí để giảm thể tích của một chất bởi một phần trăm. (Mặc dù áp lực cần thiết có thể nhỏ hơn khoảng một nghìn lần đối với đất cát và đất sét). Việc mở rộng một phần trăm khối lượng thường đòi hỏi nhiệt độ tăng lên theo thứ tự hàng ngàn độ Celsius.
Ngược lại, mật độ khí bị ảnh hưởng mạnh bởi áp lực. Mật độ của khí lý tưởng là
trong đó M là khối lượng mol, P là áp suất, R là hằng số khí phổ quát, và T là nhiệt độ tuyệt đối. Điều này có nghĩa là mật độ khí lý tưởng có thể tăng gấp đôi bằng cách nhân đôi áp lực, hoặc bằng cách giảm một nửa nhiệt độ tuyệt đối.
Trong trường hợp mở rộng nhiệt độ rất lớn ở áp suất không đổi và các khoảng nhỏ của nhiệt độ, sự phụ thuộc nhiệt độ của mật độ là
