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密度及相关概念

在物理学中，密度是指某种物质的质量与该物质体积的比值，其公式为：

ρ = m / V

ρ—物质的密度，kg/m3；

m—物质的质量，kg；

V—物质的体积，m3。

密度是物质的物理特性，不同物质的密度一般不同，反映了不同物质的不同性质，因此，可以根据密度来鉴别物质。密度不随物质形状和空间地理位置的变化而变化，但因物质的状态、温度、压强的改变而改变。例如，水的三种状态冰、水、水蒸汽密度不同；蒸汽锅炉中，同样是水蒸汽，因压强不同，蒸汽密度也不同。

密度在使用过程中，由于应用领域不同，物质形态差异，对其体积的定义有较大的区别，例如，对于块状金属，其体积为排开水的容积；对于玉米、小米等粮食，更关心其堆体积；而对于多孔材料，需要了解其骨架体积。为此，需要对体积进行严格的定义。根据应用需求，体积可分为密实体积、自然体积和堆体积三类。

(1) 密实体积

密实体积是指密实状态下的体积，即指构成材料的固体物质本身的体积。例如：翡翠、钢板、玛瑙、橡胶等。

(2) 自然体积

自然体积是指自然状态下的体积，即指固体物质的体积与全部孔隙体积之和。例如：面包，表面有象蜂窝一样的开孔，内部则是如同气泡一样的封闭孔。类似材料很多，木头、透气砖、分子筛、活性炭、泡沫等。

(3) 堆积体积

堆积体积是指自然状态下的体积与颗粒之间的空隙之和。日常生活中*常见，例如：粮食、水泥、土壤等。

密度的相关概念，如体积密度、表观密度、真密度等均与上述三个体积密切相关。以多孔材料为例，其体积包括开口孔隙、闭口孔隙和固体三部分，如下图所示。深入材料内部，构成封闭状，不与外界相通的孔为闭孔，所有的闭孔体积之和为闭口孔隙。一端在材料表面开口，另一端深入材料内部，称为盲孔；一端在材料表面开口，穿过材料到另一端表面也存在开孔，称为贯通孔；一端在材料表面开孔，深入材料内部后，又产生若干相通的分支，这些分支均通过主孔与材料表面相通，称为交联孔。盲孔、贯通孔和交联孔都具有一个共性，即有一端与外界相通，所以这类孔统称为开孔，由这些孔构成的开孔体积之和即为开口孔隙。

真实密度

真实密度简称真密度（true density），是指物质在密实状态下单位体积的质量，其表达公式为：

ρt = m / V固

ρt—多孔材料的真实密度，kg/m3；

m—多孔材料固体的质量，kg；

V固—多孔材料中固体骨架部分所占的体积，m3。

由公式可以看出，对于多孔材料单个颗粒而言，真密度是扣除开口孔隙和闭口孔隙体积后由物质骨架部分所占体积的质量，即材料在无孔状态下的密度。对催化剂又称骨架密度，它是单位体积催化剂骨架或固体部分(不包括颗粒之间间隙及颗粒内微孔体积)的质量。

由于苯、异丙醇等可以进入多孔材料除骨架以外的开孔中，因此可以用苯替代汞，采及排液置换法测定材料的真密度。但严格地讲，苯不能进入多孔材料闭口孔隙和极微细的微孔中，所以苯测出的密度接近于真密度，如果需要精密地测定，需要将材料磨成粉末，破坏闭口孔隙，采用氦气、氖气或氩气等不被材料吸附的惰性气体以排气置换法进行测定，通常采用真空容量法吸附装置。

表观密度

表观密度（apparent density）又称视密度，是指多孔材料固体的质量与表观体积之比，表观体积是材料固体骨架部分所占体积加闭口孔隙所占体积，此体积即材料排开水的体积，其表达公式为：

ρa = m / (V固+V闭)

ρa—多孔材料的真密度，kg/m3；

m—多孔材料固体的质量，kg；

V固—多孔材料中固体骨架部分所占的体积，m3；

V闭—多孔材料中闭口孔隙所占的体积，m3。

体积密度

体积密度（particle density）是指多孔材料在自然状态下单位体积的质量，对单个颗粒而言，又称为颗粒密度，表示单个颗粒包括颗粒内部开口孔隙和闭口孔隙体积在内的密度。其表达公式为：

ρp = m / (V固+V开+V闭)