Плотность

	Плотность
	<math>\rho = \frac{m}{V}</math>
Размерность	L−3 M
Единицы измерения
СИ	кг/м³
СГС	г/см³
Примечания
	скалярная величина

У этого термина существуют и другие значения, см. Плотность (значения).

Пло́тность — скалярная физическая величина, определяемая как отношение массы тела к занимаемому этим телом объёму^[1].

Поскольку масса в теле может быть распределена неравномерно, более адекватная модель определяет плотность в каждой точке тела как производную массы по объёму. Если учитывать точечные массы, то плотность можно определить как меру, либо как производную Радона—Никодима по отношению к некоторой опорной мере.

Виды плотности и единицы измерения

Исходя из определения плотности, её размерность представляет собой кг/м³ в системе СИ и г/см³ в системе СГС.

Для сыпучих и пористых тел различают:

истинную плотность, определяемую без учёта пустот;
удельную (кажущуюся) плотность, рассчитываемую как отношение массы вещества ко всему занимаемому им объёму. Истинную плотность из кажущейся получают с помощью величины коэффициента пористости — доли объёма пустот в занимаемом объёме. Для сыпучих тел удельная плотность называется насыпно́й плотностью.

Формула нахождения плотности

Плотность (плотность однородного тела или средняя плотность неоднородного) находится по формуле:

где m — масса тела, V — его объём; формула является просто математической записью определения термина «плотность», данного выше.

При вычислении плотности газов при нормальных условиях эта формула может быть записана и в виде:

где М — молярная масса газа, <math>V_m</math> — молярный объём (при нормальных условиях приближённо равен 22,4 л/моль).

Плотность тела в точке записывается как

тогда масса неоднородного тела (тела с плотностью, зависящей от координат) рассчитывается как

<math>m

=\int\rho(\mathbf r)d^3 \mathbf r
= \int\rho(\mathbf r) dV
= \int dm.

</math>

Зависимость плотности от температуры

Как правило, при уменьшении температуры плотность увеличивается, хотя встречаются вещества, чья плотность в определённом диапазоне температур ведёт себя иначе, например, вода, бронза и чугун. Так, плотность воды имеет максимальное значение при 4 °C и уменьшается как с повышением, так и с понижением температуры относительно этого значения.

При изменении агрегатного состояния плотность вещества меняется скачкообразно: плотность растёт при переходе из газообразного состояния в жидкое и при затвердевании жидкости. Вода, кремний, висмут и некоторые другие вещества являются исключениями из данного правила, так как их плотность при затвердевании уменьшается.

Диапазон плотностей в природе

Для различных природных объектов плотность меняется в очень широком диапазоне.

Самую низкую плотность имеет межгалактическая среда (2·10⁻³¹—5·10⁻³¹ кг/м³)^[2].
Плотность межзвёздной среды приблизительно равна 10⁻²³—10⁻²¹ кг/м³.
Средняя плотность Солнца примерно в 1,5 раза выше плотности воды.
Средняя плотность красных гигантов на много порядков меньше, чем у Солнца — из-за того, что их радиус в сотни раз больше.
Средняя плотность Земли равна 5520 кг/м³.
Жидкий водород при атмосферном давлении и температуре −253 °C имеет плотность 70 кг/м³.
Плотность жидкого гелия при атмосферном давлении равна 130 кг/м³.
Плотность пресной воды при 4 °C составляет 1000 кг/м³.
Гранит имеет плотность 2600 кг/м³.
Плотность железа равна 7874 кг/м³.
Плотность атомных ядер приблизительно равна 2·10¹⁷ кг/м³.
Теоретически верхнюю границу представляет планковская плотность (современная физика оценивает её в 5,1·10⁹⁶ кг/м³, хотя не исключено, что она очень сильно завышена).

Плотности астрономических объектов

Средняя плотность небесных тел Солнечной
системы (в г/см³)^[3]^[4]^[5]

<timeline> ImageSize = width:400 height:180 PlotArea = top:20 bottom:20 right:20 left:20 AlignBars = late Colors =

id:o value:orange
id:grid value:lightorange
id:g1 value:redorange

DateFormat = yyyy Period = from:0 till:7000 TimeAxis = orientation:horizontal ScaleMinor = unit:year increment:100 start:0 gridcolor:grid BackgroundColors = canvas:white BarData =

 barset:ab

PlotData=

width:8 align:left fontsize:7 shift:(5,-3) anchor:till
barset:ab
from: 0 till: 5515 color:o text:"Земля"
from: 0 till: 5427 color:o text:"Меркурий"
from: 0 till: 5243 color:o text:"Венера"
from: 0 till: 3933 color:o text:"Марс"
from: 0 till: 1860 color:o text:"Плутон"
from: 0 till: 1638 color:o text:"Нептун"
from: 0 till: 1408 color:yelloworange text:"Солнце"
from: 0 till: 1326 color:o text:"Юпитер"
from: 0 till: 1270 color:o text:"Уран"
from: 0 till: 687 color:o text:"Сатурн"

LineData =

 at:1000 color:blue width:1
 at:2000 color:g1 width:1
 at:3000 color:g1 width:1
 at:4000 color:g1 width:1
 at:5000 color:g1 width:1
 at:6000 color:g1 width:1
 at:7000 color:g1 width:1

TextData=

pos:(60,170) textcolor:black fontsize:6
text:Вода
pos:(69,15) textcolor:black fontsize:6
text:1
pos:(121,15) textcolor:black fontsize:6
text:2
pos:(172,15) textcolor:black fontsize:6
text:3
pos:(223,15) textcolor:black fontsize:6
text:4
pos:(276,15) textcolor:black fontsize:6
text:5
pos:(327,15) textcolor:black fontsize:6
text:6
pos:(377,15) textcolor:black fontsize:6
text:7

</timeline>

Средние плотности небесных тел Солнечной системы см. на врезке.
Межпланетная среда в Солнечной системе достаточно неоднородна и может меняться во времени, её плотность в окрестностях Земли ~10⁻²¹÷10⁻²⁰ кг/м³.
Плотность межзвёздной среды ~10⁻²³−10⁻²¹ кг/м³.
Плотность межгалактической среды от 2×10⁻³⁴ до 5×10⁻³⁴ кг/м³.
Средняя плотность красных гигантов на много порядков меньше из-за того, что их радиус в сотни раз больше, чем у Солнца.
Плотность белых карликов 10⁸−10¹² кг/м³
Плотность нейтронных звёзд имеет порядок 10¹⁷−10¹⁸ кг/м³.
Средняя (по объёму под горизонтом событий) плотность чёрной дыры зависит от её массы и выражается формулой:

Средняя плотность падает обратно пропорционально квадрату массы чёрной дыры. Так, если чёрная дыра с массой порядка солнечной обладает плотностью, превышающей ядерную плотность, то сверхмассивная чёрная дыра с массой в 10⁹ солнечных масс (существование таких чёрных дыр предполагается в квазарах) обладает средней плотностью около 20 кг/м³, что существенно меньше плотности воды (1000 кг/м³).

Плотности некоторых газов

Плотность газов, кг/м³
Азот	1,250	Кислород	1,429
Аммиак	0,771	Криптон	3,743
Аргон	1,784	Ксенон	5,851
Водород	0,090	Метан	0,717
Водяной пар (100 °C)	0,598	Неон	0,900
Воздух	1,293	Углекислый газ	1,977
Хлор	3,164	Гелий	0,178
Этилен	1,260

Плотности некоторых жидкостей

Плотность жидкостей, г/см³
Бензин	0,74	Молоко	1,04
Вода (4 °C)	1,00	Ртуть (0 °C)	13,60
Керосин	0,82	Эфир	0,72
Глицерин	1,26	Спирт	0,80
Морская вода	1,03	Скипидар	0,86
Масло оливковое	0,92	Ацетон	0,792
Масло машинное	0,91	Серная кислота	1,84
Нефть	0,55—1,05	Жидкий водород (−253 °C)	0,07