密度及相關概念

在物理學中，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，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，由于應用領域不同，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，需要對體積進行嚴格的定義。根據(jù)應用需求，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。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，由這些孔構成的開孔體積之和即為開口孔隙。

真實密度

真實密度簡稱真密度（true density），是指物質(zhì)在密實狀態(tài)下單位體積的質(zhì)量，其表達公式為：

ρt = m / V固

ρt—多孔材料的真實密度，kg/m3；

m—多孔材料固體的質(zhì)量，kg；

V固—多孔材料中固體骨架部分所占的體積，m3。

由公式可以看出，對于多孔材料單個顆粒而言，真密度是扣除開口孔隙和閉口孔隙體積后由物質(zhì)骨架部分所占體積的質(zhì)量，即材料在無孔狀態(tài)下的密度。對催化劑又稱骨架密度，它是單位體積催化劑骨架或固體部分(不包括顆粒之間間隙及顆粒內(nèi)微孔體積)的質(zhì)量。

由于苯、異丙醇等可以進入多孔材料除骨架以外的開孔中，因此可以用苯替代汞，采及排液置換法測定材料的真密度。但嚴格地講，苯不能進入多孔材料閉口孔隙和極微細的微孔中，所以苯測出的密度接近于真密度，如果需要精密地測定，需要將材料磨成粉末，破壞閉口孔隙，采用氦氣、氖氣或氬氣等不被材料吸附的惰性氣體以排氣置換法進行測定，通常采用真空容量法吸附裝置。

表觀密度

表觀密度（apparent density）又稱視密度，是指多孔材料固體的質(zhì)量與表觀體積之比，表觀體積是材料固體骨架部分所占體積加閉口孔隙所占體積，此體積即材料排開水的體積，其表達公式為：

ρa = m / (V固+V閉)

ρa—多孔材料的真密度，kg/m3；

m—多孔材料固體的質(zhì)量，kg；

V固—多孔材料中固體骨架部分所占的體積，m3；

V閉—多孔材料中閉口孔隙所占的體積，m3。

體積密度

體積密度（particle density）是指多孔材料在自然狀態(tài)下單位體積的質(zhì)量，對單個顆粒而言，又稱為顆粒密度，表示單個顆粒包括顆粒內(nèi)部開口孔隙和閉口孔隙體積在內(nèi)的密度。其表達公式為：

ρp = m / (V固+V開+V閉)