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技術(shù)文章

密度及相關(guān)概念

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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,因壓強不同,蒸汽密度也不同。

密度在使用過程中,由于應(yīng)用領(lǐng)域不同,物質(zhì)形態(tài)差異,對其體積的定義有較大的區(qū)別,例如,對于塊狀金屬,其體積為排開水的容積;對于玉米、小米等糧食,更關(guān)心其堆體積;而對于多孔材料,需要了解其骨架體積。為此,需要對體積進(jìn)行嚴(yán)格的定義。根據(jù)應(yīng)用需求,體積可分為密實體積、自然體積和堆體積三類。

(1) 密實體積

密實體積是指密實狀態(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孔,內(nèi)部則是如同氣泡一樣的封閉孔。類似材料很多,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,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體積密切相關(guān)。以多孔材料為例,其體積包括開口孔隙、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。一端在材料表面開口,另一端深入材料內(nèi)部,稱為盲孔;一端在材料表面開口,穿過材料到另一端表面也存在開孔,稱為貫通孔;一端在材料表面開孔,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)孔都具有一個共性,即有一端與外界相通,所以這類孔統(tǒng)稱為開孔,由這些孔構(gòu)成的開孔體積之和即為開口孔隙。

1—固體  2—閉口孔隙  3—開口孔隙(盲孔) 4—開口孔隙(交聯(lián)孔)  5—開口孔隙(貫通孔)

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,對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,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,閉口孔隙體積為V,開口孔隙體積為V。

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