密度と比重の違い

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密度と比重は、互いに密接に関連する物質の 2 つの特性です。ただし、それらは同じではありません。どちらも物質の質量と体積に何らかの形で関連する強力な特性であり、どちらも異なる流体中の異なる物体の浮力を予測するために使用できますが、一方を他方よりも実用的に使用する違いもあります。 . 特定の状況ではその他。

次に、密度と比重とは何かを確認し、両者を区別する最も関連性の高い特性を確認します。

密度とは?

物質の密度は、単位体積あたりの質量ですそれぞれの素材が持つ集約的な特性です。多くの知識分野では、密度は文字dで表されます。ただし、物理学や化学などの一部の自然科学、およびほとんどの工学では、記号 ρ (小文字のギリシャ文字rho ) で表されます。

密度は、次の式を使用して計算されます。

密度方程式

ここで、ρ は密度、m は質量、V は物質または物体の体積です。

密度単位

密度の単位は[m]/[V]または[m]/[L] 3です。さまざまな単位系における密度の単位の例を次に示します。

単位系 密度単位
国際システム(SI) kg/ m3
MKSシステム kg/ m3
CGシステム g/cm 3 ug/mL
米国の帝国制度 lbm / ft3 _
イギリスの重力システム スラッグ/フィート3
ガス密度 g/L

スケールタイプ

密度は、絶対スケールで測定されるプロパティです。つまり、使用される単位に関係なく、その値は 0 から始まり、その値は問題の材料のみに依存し、他の材料や参照システムには依存しません。

密度の温度依存性

物体の質量は温度に依存しませんが、体積はそうではありません。ほとんどの物質は、温度が上がると膨張します。これが起こると、体積で割った密度が減少します。

ただし、温度によって収縮する物質の例があります。水の場合もそうです一般に、水の密度は温度が上がると小さくなり、温度が下がると大きくなります。しかし、凝固点直前まで水を冷やすと、密度は増加するどころか減少します。これは、水の上に浮かぶ氷が水よりも密度が低い理由を説明しています。

計測器

液体の密度は、ピクノメーターと呼ばれる器具と分析天秤を使用して決定されます。比重瓶を使用すると、非常に高い精度で体積を測定できますが、分析天秤を使用して決定された満杯の質量と空の質量の差により、同等の精度と精度で質量を測定できます。

密度の用途

密度は、さまざまなタイプの計算に使用されます。一方では、質量または体積がそれぞれわかっている場合、任意の物質の体積または質量を決定できます。

異なる材料を識別または区別するのに役立ちます。物質の特性として、各物質は特定の温度で特定の密度を持ちます。

物体の密度と流体の密度の差が後者の前者の浮力を決定するため、流体力学では非常に重要です。

比重とは?

比重は、相対密度とも呼ばれ、温度と圧力の同じ実験条件下での、物質または材料の密度と別の参照材料の密度との比です多くの場合、記号 SG (比重)で表され、密度と同様に、特定の温度における材料の特性量です。

相対密度または比重は、それが凝縮物質 (固体または液体) であるか気体であるかによって、異なる方法で計算されます。いずれの場合も、比重が 1 未満の場合は物質が参照物質の上に浮くことを意味し、比重が 1 を超える場合は沈むことを示します。

固体または液体の比重

問題の物質が固体または液体の場合、液体の水の密度は、一般にその密度が最大になる温度 (4°C に相当) を基準とします。この温度での水の密度は 1,000 kg/m 3です。この場合、比重は次の式で与えられます。

液体または固体の比重の式

ガス比重

一方、相対密度を測定または決定する物質が気体の場合、基準物質は水ではなく、温度と圧力の同じ条件の空気です。つまり、この場合、比重は次の式で与えられます。

気体の比重式

比重の単位

密度と比較した比重の最も重要な特徴は、2 つの密度を割って得られる量であるため、比重には単位がないことです。つまり、無次元量です。これは、元の密度を表現するために使用された単位系に関係なく、特定の温度と圧力で特定の物質の値が常に同じになる純粋な数値であることを意味します。

言い換えれば、相対密度は、他のすべての計算が行われている単位系から独立した密度の測定スケールを提供します。これは、非 SI 単位系を使用する傾向があるエンジニアのチームと、メートル法または SI 単位系を使用する傾向がある他の分野の科学者または専門家との間のコミュニケーションに特に役立ちます。

スケールタイプ

物質の密度と参照物質の密度の比であるため、比重は絶対量ではなく相対量に対応します。つまり、たとえば水銀の比重が 13.59 であるということは、その密度が水の密度の 13.59 倍であるということです。これは水の密度に対する密度であることに注意してください。したがって、後者を知らなければ、水銀の実際の密度を知ることはできません.

参照濃度値

ご覧のとおり、比重の計算は参照物質の密度に依存し、これは比重が測定または計算される温度と圧力の条件に依存します。固体および液体の場合、特定の温度が示されていない場合は常に、4℃での水の密度に基づいて前記SGが確立されると想定されます。気体の場合、温度と圧力の条件が指定されていない場合、密度は通常の温度と圧力の条件、または NTP で想定されます。これは、温度 20 °C、圧力 1 atm に相当します。この場合、空気 (乾燥) の密度は 1.204 kg/m 3です。

次の表は、これらの参照値をさまざまな単位で示しています。

単位系 4 °C での水の密度 空気密度
国際システム(SI) 1,000kg/ m3 1,204kg/ m3
CGシステム 1,000g/ cm3 1.204×10 -3 g/cm 3
イギリスの重力システム 1,940 スラグ/立方フィート 2.336 x 10 -3スラグ/ft 3
米国帝国システム 62,428 ポンド/立方フィート 0.07516 ポンド/立方フィート

比重の温度依存性

温度によって変化する 2 つの密度の関数であるため、相対密度または比重も前記特性の関数として変化します。

ただし、一般に絶対濃度の​​変動よりも変動は小さい。これは、前述のように、ほとんどの物質の密度が温度の上昇とともに減少するためです。これには、0 ~ 8 °C 以外のほとんどの温度の水が含まれます。次に、温度が上昇すると、問題の材料の密度と参照材料の密度の両方が減少します。これは、分子の変化が分母の変化を部分的に相殺し、比重に対する温度の影響を軽減することを意味します。

計測器

比重は、比重計と呼ばれる器具を使用して実験的に測定されます。これは、参照物質 (ほとんどの場合水) に応じて目盛りが付いたステムを備えた重い球根で構成されています。バルブを液体に入れると、浮力が比重計の重量に対抗するまで沈みます。読み取りは、液体の表面から突き出た点の目盛りで行われます。

比重の用途

比重の直接的な有用性は、その値が物質が固体か液体か気体かによって、物質が水または空気に浮くかどうかを即座に示すことです。いずれの場合も、相対密度が 1 未満の場合、材料は密度が低くなり、浮遊します。逆もまた同様です。

SG のもう 1 つの非常に一般的な用途は、溶液の濃度との関係です。溶質と溶媒の間の相互作用に応じて、溶液の密度は純水の密度とは異なる場合があり、一般に、この密度は濃度の関数として変化します。したがって、比重計を使用した SG の測定により、さまざまな溶液の濃度を決定することが可能になります。

この目的での SG の使用例は次のとおりです。

比重から密度を求める方法

比重は、前者に参照物質の密度を必要な単位で掛けるだけで、簡単に絶対密度に変換できます。

密度と比重の違い

または、ガスの場合:

密度と比重の違い

どちらの場合でも、非常に正確な密度テーブルは通常、さまざまな圧力と温度の値で利用できます。

密度と比重の違いのまとめ

次の表は、密度と比重の最も重要な違いをまとめたものです。

基準 密度 比重
意味: 物質の単位体積あたりの質量。 参照物質に対する物質の密度。
シンボル: ρ (場合によっては C D が使用されます) SG
方式: ρ=m/V SG = ρ / ρ参照
単位 [m]/[L] 3 (kg/m 3、g/cm 3、lb/ft 3など) 単位はありません。無次元です
スケールの種類: 絶対 相対的
温度変化: かなり マイナー
測定器: 比重瓶 比重計

参考文献

密度 vs. 比重と比重。(nd)。エンジニアリング ツールボックス。https://www.engineeringtoolbox.com/density-specific-weight-gravity-d_290.html

密度と比重の違い。(2019年6月5日)。微分。https://diferenciario.com/densidad-y-gravedad-especifica/

密度と比重の違い。(2021 年 3 月 22 日)。BYJUS。https://byjus.com/physics/difference-between-density-and-specific-gravity/

Giner、S. (2020 年 8 月 18 日)。比重計または比重計。2D2Dフォーム。https://www.2d2dspuma.com/blog/que-es/hidrometro/

ライブラリテキスト。(2020年8月13日)。1.14: 密度と比重. 化学LibreTexts。https://chem.libretexts.org/Courses/Saint_Francis_University/CHEM_113%3A_Human_Chemistry_I_(Muino)/01%3A_Matter_and_Measurements/1.14%3A_Density_and_Specific_Gravity

国立物理研究所。(2021)。密度と比重の違いは何ですか? NPL ウェブサイト。https://www.npl.co.uk/resources/qa/density-specific-gravity-differences

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Israel Parada (Licentiate,Professor ULA)
(Licenciado en Química) - AUTOR. Profesor universitario de Química. Divulgador científico.

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