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，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(lái)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(qiáng)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(qiáng)不同，蒸汽密度也不同。

密度在使用過(guò)程中，由于應(yīng)用領(lǐng)域不同，物質(zhì)形態(tài)差異，對(duì)其體積的定義有較大的區(qū)別，例如，對(duì)于塊狀金屬，其體積為排開(kāi)水的容積；對(duì)于玉米、小米等糧食，更關(guān)心其堆體積；而對(duì)于多孔材料，需要了解其骨架體積。為此，需要對(duì)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(shí)體積、自然體積和堆體積三類(lèi)。

(1) 密實(shí)體積

密實(shí)體積是指密實(shí)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(kāi)孔，內(nèi)部則是如同氣泡一樣的封閉孔。類(lèi)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(jiàn)，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(gè)體積密切相關(guān)。以多孔材料為例，其體積包括開(kāi)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(kāi)口，另一端深入材料內(nèi)部，稱(chēng)為盲孔；一端在材料表面開(kāi)口，穿過(guò)材料到另一端表面也存在開(kāi)孔，稱(chēng)為貫通孔；一端在材料表面開(kāi)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(guò)主孔與材料表面相通，稱(chēng)為交聯(lián)孔。盲孔、貫通孔和交聯(lián)孔都具有一個(gè)共性，即有一端與外界相通，所以這類(lèi)孔統(tǒng)稱(chēng)為開(kāi)孔，由這些孔構(gòu)成的開(kāi)孔體積之和即為開(kāi)口孔隙。

真實(shí)密度

真實(shí)密度簡(jiǎn)稱(chēng)真密度（true density），是指物質(zhì)在密實(shí)狀態(tài)下單位體積的質(zhì)量，其表達(dá)公式為：

ρt = m / V固

ρt—多孔材料的真實(shí)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(duì)于多孔材料單個(gè)顆粒而言，真密度是扣除開(kāi)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(wú)孔狀態(tài)下的密度。對(duì)催化劑又稱(chēng)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(jìn)入多孔材料除骨架以外的開(kāi)孔中，因此可以用苯替代汞，采及排液置換法測(cè)定材料的真密度。但嚴(yán)格地講，苯不能進(jìn)入多孔材料閉口孔隙和極微細(xì)的微孔中，所以苯測(cè)出的密度接近于真密度，如果需要精密地測(cè)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(jìn)行測(cè)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(chēng)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(kāi)水的體積，其表達(dá)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(duì)單個(gè)顆粒而言，又稱(chēng)為顆粒密度，表示單個(gè)顆粒包括顆粒內(nèi)部開(kāi)口孔隙和閉口孔隙體積在內(nèi)的密度。其表達(dá)公式為：

ρp = m / (V固+V開(kāi)+V閉)