Dichte
Die Dichte, Formelzeichen: ρ (griechisch: rho), ist eine physikalische Eigenschaft eines Materials. Sie ist das Verhältnis der Masse m eines Körpers zu seinem Volumen V:Körper in einer Flüssigkeit, die eine geringere Dichte als diese haben, steigen nach oben (sie schwimmen). Körper mit größerer Dichte sinken entsprechend nach unten. So schwimmt Eis auf Wasser. Es verdrängt dabei genau das Volumen an Wasser, das die gleiche Masse wie das Eis hat.
In Gasen gilt entsprechendes. Ein mit Helium gefülltes Luftschiff schwebt in der Luft, da das Helium bei gleichem Druck und gleicher Temperatur eine geringere Dichte als Luft hat.
Die Dichte aller Materialien hängt immer von der Temperatur ab und ganz selten auch mal ein wenig vom Druck. Siehe unten die Tabelle über die Wirkung der Temperatur.
Dichten von Flüssigkeiten werden mit einem Aräometer gemessen.
Dichten von Festkörpern werden z. B. mit einem Pyknometer gemessen.Messmethoden
Stoff | Dichte (g/cm3) |
---|---|
Gold | 19,3 |
Uran | 18,7 |
Quecksilber | 13,595 |
Blei | 11,3 |
Kupfer | 8,92 |
Eisen | 7,86 |
Aluminium | 2,70 |
Magnesium | 1,75 |
Meerwasser | 1,025 |
Wasser | 1,00 |
Alkohol | 0,79 |
Benzin | 0,68 |
Luft | 0,0012 |
Wasser hat eine sehr seltene Eigenschaft, indem es bei 3,98 °C die größte Dichte besitzt (Anomalie des Wassers).
Es dehnt sich beim weiteren Abkühlen aus, die abnehmende Dichte bewirkt eine Volumenausdehnung.
Hierdurch treten Frostschäden (Rohrbrüche) und Verwitterung (wenn Wasser in Gesteinsspalten eindringt und gefriert) auf.
Bei zugefrorenen Seen befindet sich so auch das 3,98 °C warme Wasser am Seeboden, während kälteres Wasser mit geringerer Dichte nach oben steigt. Dies ermöglicht den Lebewesen im See zu überleben.
In der Atmosphäre steigen erwärmte Luftschichten vom Boden auf. Sie kühlen ab, wobei Wasserdampf kondensieren kann und sich dann Wolken bilden. Entsprechend sinken kühlere Luftschichten wieder ab.
In Analogie werden auch andere Größen pro Raumeinheit als Dichten bezeichnet, z. B. die Teilchendichte, die Ladungsdichte oder die Wahrscheinlichkeitsdichte.
Die Wirkung der Temperatur auf die Dichte der Luft (Luftdichte), die Schallgeschwindigkeit und die Schallkennimpedanz ist in folgender Tabelle dargestellt. Der Luftdruck hat hierbei keinen Einfluss, auch wenn diese Fehlangabe in vielen Büchern zu finden ist.
°C = Temperatur
Beispiel Wasser
Beispiel Atmosphäre
Abgeleitete Bezeichnungen
Wirkung der Temperatur auf die Dichte von Luft (Luftdichte)
ρ (rho) Luftdichte oder Dichte der Luft in kg/m³
c = Schallgeschwindigkeit in m/s
Z = Schallkennimpedanz in N·s/m³
Die Wirkung der Temperatur | |||
°C | c in m/s | ρ in kg/m³ | Z in N·s/m³
|
- 10 | 325,4 | 1,341 | 436,5 |
- 5 | 328,5 | 1,316 | 432,4 |
0 | 331,5 | 1,293 | 428,3 |
+ 5 | 334,5 | 1,269 | 424,5 |
+ 10 | 337,5 | 1,247 | 420,7 |
+ 15 | 340,5 | 1,225 | 417,0 |
+ 20 | 343,4 | 1,204 | 413,5 |
+ 25 | 346,3 | 1,184 | 410,0 |
+ 30 | 349,2 | 1,164 | 406,6 |