Density Calculator – Mass, Volume & Density
Calculate density, mass, or volume using the formula density = mass/volume. This free online science calculator gives you instant results. No signup needed.
คุณค่าความหนาแน่น
ความหนาแน่นเป็นหนึ่งในคุณสมบัติทางกายภาพที่พื้นฐานที่สุดของวัสดุ มันบรรยายถึงปริมาณวัสดุที่มีในปริมาตรที่กำหนด และถูกกำหนดโดยสมการ:
ρ = m / V
โดยที่ ρ (อักษรกรีก rho) คือความหนาแน่น m คือมวล และ V คือปริมาตร หน่วย SI ของความหนาแน่นคือ กิโลกรัมตันต่อลูกบาศก์เมตร (kg/m³) แต่ในเคมีและวิทยาศาสตร์ในชีวิตประจำวัน กิโลกรัมต่อลูกบาศก์เซนติเมตร (g/cm³) มากกว่ามาก การแปลงเป็นเรียบง่าย: 1 g/cm³ = 1,000 kg/m³
ความหนาแน่นเป็น คุณสมบัติอันเข้มข้น - มันไม่ขึ้นอยู่กับปริมาณวัสดุที่มีอยู่ แผ่นทองคำเล็กๆ และแผ่นทองคำขนาด 12 กิโลกรัมมีความหนาแน่นเท่ากัน 19,320 kg/m³ (19.32 g/cm³) นี่ทำให้ความหนาแน่นมีความสำคัญอย่างมากในการระบุวัสดุ: วัดมวลและปริมาตร คำนวณ ρ และเปรียบเทียบกับค่าทราบ
จากสมการหลัก สองสมการที่ได้มาจะตามมาอย่างรวดเร็ว:
- มวล: m = ρ × V (กรัม = g/cm³ × cm³)
- ปริมาตร: V = m / ρ (cm³ = กรัม / g/cm³)
เครื่องคิดความหนาแน่นนี้แก้ไขได้สำหรับหนึ่งในสามตัวแปรเมื่อคุณให้ค่าอีกสองตัว ทำให้มีประโยชน์สำหรับงานวิชาเคมี การเลือกวัสดุทางวิศวกรรม การแปลงปริมาณอาหาร และอื่นๆ
ตารางค่าความหนาแน่นของวัสดุ
ตารางด้านล่างแสดงค่าความหนาแน่นของวัสดุที่พบได้ทั่วไปในเงื่อนไขมาตรฐาน (ประมาณ 20 °C และ 1 atm ความดัน) ค่าเหล่านี้เป็นค่าอ้างอิงที่สำคัญสำหรับการระบุวัสดุ การคำนวณความเบียดเบียน และการออกแบบวิศวกรรม
| วัสดุ | ความหนาแน่น (g/cm³) | ความหนาแน่น (kg/m³) | ประเภท |
|---|---|---|---|
| อากาศ (ระดับน้ำทะเล) | 0.00120 | 1.20 | แก๊ส |
| ไฮโดรเจน | 0.000164 | 0.164 | แก๊ส |
| ไม้บัลซา | 0.12–0.20 | 120–200 | วัสดุอินทรีย์ |
| คอร์ก | 0.12–0.24 | 120–240 | วัสดุอินทรีย์ |
| ไม้โอ๊ก | 0.60–0.90 | 600–900 | วัสดุอินทรีย์ |
| เอทานอล | 0.789 | 789 | เหลว |
| น้ำมันオリฟา | 0.91 | 910 | เหลว |
| น้ำแข็ง (0 °C) | 0.917 | 917 | แข็ง |
| น้ำ (4 °C) | 1.000 | 1,000 | เหลว |
| น้ำทะเล | 1.025 | 1,025 | เหลว |
| กระดูก (กระดูกแน่น) | 1.7–2.0 | 1,700–2,000 | วัสดุชีวภาพ |
| คอนกรีต | 2.30 | 2,300 | วัสดุผสม |
| อะลูมิเนียม | 2.70 | 2,700 | โลหะ |
| แก้ว (โซดา-ลิมา) | 2.50 | 2,500 | เซรามิก |
| ไทเทเนียม | 4.51 | 4,510 | โลหะ |
| เหล็ก / เหล็กกล้า | 7.87 | 7,870 | โลหะ |
| ทองแดง | 8.96 | 8,960 | โลหะ |
| เงิน | 10.49 | 10,490 | โลหะ |
| ทองแดง | 11.34 | 11,340 | โลหะ |
| เมอร์คิวรี | 13.55 | 13,550 | โลหะเหลว |
| ทองคำ | 19.32 | 19,320 | โลหะ |
| พลาตินัม | 21.45 | 21,450 | โลหะ |
| ออสมิอัม | 22.59 | 22,590 | โลหะ (ธาตุที่หนาแน่นที่สุด) |
ค่าเหล่านี้มีความแตกต่างกันเล็กน้อยตามอุณหภูมิ ความดัน ความผสมของแร่ และความบริสุทธิ์ สำหรับงานวิศวกรรมที่แม่นยำ ให้ตรวจสอบเอกสารข้อมูลวัสดุสำหรับเกรดและเงื่อนไขที่เฉพาะเจาะจง
ความเบียดเบียนและหลักการของอาร์คีเมเดส
ความหนาแน่นเป็นปัจจัยสำคัญในการทำความเข้าใจว่าวัตถุจะลอยหรือตก หลักการของอาร์คีเมเดส ระบุว่าวัตถุที่ถูกจุ่มลงในของเหลวจะประสบกับแรงเบียดเบียนขึ้นไปเท่ากับแรงของของเหลวที่ถูกขับออก:
F_buoyant = ρ_fluid × V_displaced × g
โดยที่ ρ_fluid คือความหนาแน่นของของเหลว (kg/m³) V_displaced คือปริมาตรของของเหลวที่ถูกขับออก (m³) และ g คือความเร็วของแรงโน้มถ่วง (9.81 m/s²) หากแรงเบียดเบียนมากกว่าแรงของวัตถุ (m × g) วัตถุจะลอย นี่ทำให้ง่ายขึ้นเป็นการเปรียบเทียบความหนาแน่น:
- ρ_object < ρ_fluid → วัตถุลอย (แรงเบียดเบียน > แรง)
- ρ_object = ρ_fluid → วัตถุเป็นกลาง (ถูกยึดไว้)
- ρ_object > ρ_fluid → วัตถุตก
นี่ทำให้เรารู้ว่าเรือเหล็กลอยได้: ห้องเรือเป็นห้องที่ว่างเปล่า และความหนาแน่นเฉลี่ยของเรือ (เหล็ก + อากาศภายใน) มากกว่า 1.0 g/cm³ แผ่นเหล็กที่แข็ง (ρ = 7.87 g/cm³) ตกลงอย่างรวดเร็ว ส่วนของวัตถุที่ลอยอยู่ในน้ำ (ρ = 0.917 g/cm³) มี 91.7% ของปริมาตรที่ถูกจุ่ม - ที่มาของวลี "ยอดของน้ำแข็ง"
เรือดำน้ำควบคุมความเบียดเบียนโดยการเติมหรือว่างเปล่าถังลอยตัว ทำให้ความหนาแน่นของมันเทียบเท่ากับน้ำทะเล ลูกบอลลูนลอยเพราะอากาศที่ร้อน (ความหนาแน่นต่ำกว่า) ภายในถุงลอย (envelope) ขับออกอากาศที่เย็นและหนาแน่นกว่าในบรรยากาศ ทำให้เกิดความเบียดเบียนขึ้นไป
วิธีการวัดความหนาแน่น: วิธีการและเทคนิค
การวัดความหนาแน่นต้องคำนวณทั้งปริมาณและน้ำหนัก น้ำหนักสามารถทำได้ง่ายๆ (ใช้เครื่องชั่ง) แต่การวัดปริมาตรขึ้นอยู่กับรูปร่างของวัตถุ:
รูปทรงเรขาคณิตที่สมมาตร
สำหรับวัตถุที่มีรูปร่างง่ายๆ คำนวณปริมาตรจากขนาดโดยใช้สูตรเรขาคณิต:
| รูปทรง | สูตรปริมาตร | ตัวอย่าง |
|---|---|---|
| ทรงกระบอก | V = s³ | s = 2 ซม. → V = 8 ซม³ |
| ทรงกระบอกสี่เหลี่ยม | V = l × w × h | 3 × 4 × 5 ซม. → 60 ซม³ |
| ทรงกลม | V = (4/3) × π × r³ | r = 3 ซม. → 113.1 ซม³ |
วัตถุที่ไม่มีรูปร่างที่สมมาตร: วิธีการทดแทนของน้ำ
สำหรับวัตถุที่ไม่มีรูปร่างที่สมมาตร วิธีการทดแทนของน้ำ (ได้รับการยกย่องให้เป็นของ Archimedes) เป็นวิธีการมาตรฐาน ใส่น้ำที่มีปริมาตรที่ทราบไว้ในกระบอกสูบที่มีระดับน้ำที่ทราบแล้ว และวัดระดับน้ำใหม่เมื่อจุ่นวัตถุลงไปในน้ำ ปริมาตรที่แตกต่างนั้นเท่ากับปริมาตรของวัตถุ สำหรับวัตถุที่ใหญ่เกินไปสำหรับกระบอกสูบ ให้ใช้ถังทดแทน (ถังอีเรคา) — น้ำที่ไหลออกไปในถังจับจะเท่ากับปริมาตรที่ถูกทดแทน
ของเหลว
ใช้กระบอกสูบหรือฟลักซ์ปริมาตรที่แม่นยำเพื่อวัดปริมาตรที่แม่นยำ แล้วชั่งน้ำหนักบนเครื่องชั่งทางวิทยาศาสตร์ ลบปริมาณน้ำหนักของถัง (ทาร์) สำหรับงานที่แม่นยำสูง เครื่องวัดความหนาแน่น (pycnometer) — ถังแก้วเล็กๆ ที่มีปริมาตรที่ทราบไว้ — เป็นอุปกรณ์มาตรฐานในห้องปฏิบัติการ เครื่องวัดความหนาแน่น (hydrometer) วัดความหนาแน่นของของเหลวโดยตรงโดยการลอยในตัวอย่างและอ่านค่าความหนาแน่นที่ระดับน้ำบนผิวของตัวอย่าง
แก๊ส
ความหนาแน่นของแก๊สขึ้นอยู่กับอุณหภูมิและความดัน ความสมดุลของแก๊สให้: ρ = (P × M) / (R × T) โดยที่ P คือความดัน (Pa) M คือมวลโมล (kg/mol) R คือค่าคงที่ของแก๊ส (8.314 J/(mol·K)) และ T คืออุณหภูมิ (K) ที่ STP (0 °C, 101.325 kPa) ความหนาแน่นของอากาศอยู่ที่ประมาณ 1.293 kg/m³
ผลกระทบของอุณหภูมิและความดันบนความหนาแน่น
ความหนาแน่นไม่ใช่ค่าคงที่ — มันเปลี่ยนแปลงไปตามอุณหภูมิและความดัน การทำความเข้าใจความสัมพันธ์นี้มีความสำคัญอย่างยิ่งสำหรับงานวิทยาศาสตร์และวิศวกรรม
อุณหภูมิ: ส่วนใหญ่ของวัสดุจะขยายตัวเมื่อถูกความร้อน (การขยายตัวของความร้อน) ทำให้ความหนาแน่นลดลง ความสัมพันธ์เป็น: ρ(T) ≈ ρ₀ / (1 + β × ΔT) โดยที่ β คือค่าคงที่ของการขยายตัวของปริมาตร (1/°C หรือ 1/K) และ ΔT คือการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิ สำหรับน้ำที่ความดันบรรยากาศ ความหนาแน่นสูงสุดอยู่ที่ 3.98 °C (999.97 kg/m³) — การพฤติกรรมนี้ที่ผิดปกตินี้เป็นเหตุผลที่น้ำทะเลจะแข็งตัวจากด้านบนลงไป ทำให้ชีวิตน้ำมีชีวิตรอดได้ตลอดฤดูหนาว
ความดัน: ของเหลวและวัสดุแท้ๆ มีความไม่สัมบูรณ์ (น้อยกว่า 1% การเปลี่ยนแปลงต่อ 100 atm สำหรับน้ำ) ความหนาแน่นของพวกมัน (น้อยกว่า 1% การเปลี่ยนแปลงต่อ 100 atm สำหรับน้ำ) แก๊สอย่างไรก็ตาม มีความสามารถในการยืดตัวสูง: ความดันคู่ขนานประมาณ 2 เท่าความหนาแน่นของแก๊สที่อุณหภูมิที่เท่ากัน (นโยบายของโบอิล: P₁V₁ = P₂V₂) ที่ด้านล่างของแนวเขา Mariana (ประมาณ 1,100 atm) น้ำทะเลถูกยืดตัวประมาณ 5% ทำให้ความหนาแน่นเพิ่มขึ้นประมาณ 1.076 g/cm³
การประยุกต์ใช้ในอุตสาหกรรมมักต้องใช้การปรับเปลี่ยนความหนาแน่น การเติมเชื้อเพลิงจะปรับให้เหมาะสมกับอุณหภูมิเพื่อให้ได้พลังงานที่แม่นยำ เครื่องวัดความหนาแน่นสำหรับเบียร์และไวน์ (hydrometer) กำหนดให้เหมาะสมกับอุณหภูมิ (โดยปกติ 20 °C) โดยมีแผนผังการปรับเปลี่ยนอุณหภูมิสำหรับอุณหภูมิที่แตกต่างกัน
ความหนาแน่นและความหนาแน่น API
ความหนาแน่น (SG) คืออัตราส่วนของความหนาแน่นของวัสดุเทียบกับความหนาแน่นของวัสดุอ้างอิง — โดยทั่วไปใช้น้ำที่ 4 °C (1.000 g/cm³) สำหรับของเหลวและ固体 หรืออากาศแห้งที่ STP สำหรับแก๊ส:
SG = ρ_substance / ρ_reference
เนื่องจากทั้งสองความหนาแน่นมีหน่วยเดียวกัน ความหนาแน่นจึงไม่มิติใดๆ ระบุอย่างเลขคณิต SG คือเท่ากับความหนาแน่นใน g/cm³ เมื่อใช้น้ำเป็นมาตรฐาน ความหนาแน่นของ 2.70 (อะลูมิเนียม) หมายความว่าอะลูมิเนียมมีความหนาแน่นมากกว่าน้ำถึง 2.70 เท่า
| วัสดุ | ความหนาแน่น | ลอยในน้ำหรือไม่ |
|---|---|---|
| แก๊สโซฮอล์ | 0.72–0.78 | ใช่ |
| เอทานอล | 0.789 | ใช่ |
| น้ำมันมะกอก | 0.91 | ใช่ |
| น้ำ | 1.000 | — |
| กลีเซอรอล | 1.261 | ไม่ |
| กรดซัลฟิวริก (ความเข้มข้นสูง) | 1.84 | ไม่ |
| เมอร์คิวรี่ | 13.55 | ไม่ |
ความหนาแน่น API ใช้ในอุตสาหกรรมน้ำมันและเป็นความสัมพันธ์ที่ตรงกันข้ามกับความหนาแน่น: API = (141.5 / SG ที่ 60 °F) − 131.5 ความหนาแน่น API สูงหมายถึงน้ำมันเบา น้ำมันเบา (API > 31.1) มีค่าใช้จ่ายสูงกว่าเพราะให้น้ำมันเชื้อเพลิงและน้ำมันเชื้อเพลิงเชื้อเพลิงได้มากขึ้นในแต่ละบาร์เรล น้ำมันหนัก (API < 22.3) ต้องการการแปรรูปมากขึ้น
ความหนาแน่นในวิทยาศาสตร์และวิศวกรรม
ความหนาแน่นคำนวณมีความสำคัญอย่างมากในหลายสาขา:
วัสดุศาสตร์: วิศวกรเลือกวัสดุตามอัตราส่วนความแข็งแรงต่อน้ำหนัก (ความแข็งแรงเฉพาะตัว = ความแข็งแรงในการดึง / ความหนาแน่น) อะลูมิเนียม (2.70 g/cm³) และไทเทเนียม (4.51 g/cm³) เป็นที่นิยมในอวกาศเนื่องจากมีความแข็งแรงสูงในระดับน้ำหนักต่ำกว่าเหล็ก (7.87 g/cm³) คาร์บอนไฟเบอร์แบบผสมสามารถบรรลุอัตราส่วนได้ดีกว่า 1.55–1.60 g/cm³
ธรณีวิทยาและเหมืองแร่: การวัดความหนาแน่นช่วยระบุแร่ธาตุและประเมินคุณภาพของแร่ธาตุ แร่ธาตุหนัก เช่น กาเลนา (PbS, ρ = 7.60 g/cm³) แยกออกจากแร่ธาตุแก่ (gangue) ที่เบากว่าโดยวิธีการแยกแยกด้วยแรงโน้มถ่วง — เทคนิคที่ใช้มาแต่โบราณและยังคงใช้ในงานแร่ทองคำ (ทองคำที่ 19.32 g/cm³ ตกอยู่ที่ด้านล่าง)
แพทย์: ความหนาแน่นของกระดูก (วัดผ่านการถ่ายภาพด้วย DEXA) ช่วยวินิจฉัยโรคกระดูกพรุน ความหนาแน่นกระดูกปกติอยู่ระหว่าง 0.15–0.40 g/cm³ ค่าลดลงต่ำกว่าขีดจำกัดชี้ว่าความเสี่ยงต่อการแตกหัก
อุตสาหกรรมอาหาร: ความหนาแน่นกำหนดความเข้มข้นของสารละลาย ความเข้มข้นของน้ำตาลในเครื่องดื่มวัดโดยใช้เครื่องมือวัดความเข้มข้นหรือเครื่องวัดความหนาแน่นที่ปรับให้ตรงกับองศา Brix ซึ่งตรงกับความหนาแน่นโดยตรงกัน ความเข้มข้น 10% ของน้ำตาลมีความหนาแน่นประมาณ 1.040 g/cm³
จักรวาลวิทยา: ความหนาแน่นวิกฤตของจักรวาล — ความหนาแน่นที่จักรวาลเป็นรูปทรงเรขาคณิตที่มีความสมมาตร — อยู่ที่ประมาณ 9.47 × 10⁻²⁷ กก./ม³ หรือประมาณ 5.7 อะตอมของไฮโดรเจนต่อหน่วย立方เมตร ความคิดเห็นเชิงสังเกตชี้ว่าความหนาแน่นจริงของจักรวาลอยู่ใกล้กับค่าขีดจำกัดนี้อย่างมาก
คำถามที่พบบ่อย
ทำไมน้ำแข็งจึงลอยบนน้ำ
น้ำแข็งมีความหนาแน่นประมาณ 0.917 g/cm³ — น้อยกว่าน้ำที่ 1.000 g/cm³ เมื่อ 0 °C นี่เป็นความผิดปกติของการกระจายตัวของโมเลกุลของน้ำเมื่อแช่แข็ง โดยมีแรงดึงดูดระหว่างโมเลกุลที่ทำให้เกิดโครงสร้างลูกบาศก์แบบหกเหลี่ยม โดยมีการจัดเรียงที่เปิดกว้างกว่าในสถานะของเหลว นี่ทำให้เกิดปริมาตรประมาณ 9% ทำให้ความหนาแน่นลดลง นักวิทยาศาสตร์เกือบทุกคนมีความหนาแน่นมากกว่าในสถานะของแข็งมากกว่าในสถานะของเหลว นี่เป็นคุณสมบัติที่สำคัญสำหรับชีวิตน้ำแข็งจะเกิดขึ้นบนผิวของทะเลสาบและมหาสมุทร ทำให้น้ำของเหลวใต้นั้นไม่แช่แข็งต่อไป
อะไรคือความหนาแน่นเฉพาะตัว
ความหนาแน่นเฉพาะตัว (SG) คืออัตราส่วนของความหนาแน่นของวัสดุหนึ่งๆ ต่อความหนาแน่นของวัสดุอ้างอิง (โดยทั่วไปเป็นน้ำที่ 4 °C สำหรับของเหลว/ของแข็ง หรืออากาศที่ STP สำหรับแก๊ส) เนื่องจากความหนาแน่นของน้ำคือ 1.000 g/cm³ ความหนาแน่นเฉพาะตัวจึงเท่ากับความหนาแน่นใน g/cm³ ความหนาแน่นเฉพาะตัวมากกว่า 1 หมายความว่าวัสดุนั้นจะจมน้ำ ความหนาแน่นน้อยกว่า 1 หมายความว่าวัสดุนั้นจะลอยในน้ำ ความหนาแน่นเฉพาะตัวใช้กันอย่างแพร่หลายในการผลิตเบียร์ (เพื่อประเมินปริมาณน้ำตาล) น้ำมัน (API gravity) และการแพทย์ (การวิเคราะห์ปัสสาวะ)
วิธีการวัดความหนาแน่นของวัตถุไม่สมมาตร
ใช้วิธีการทดแทนของน้ำ (หลักการของอาร์คีเมเดส): เติมน้ำที่มีระดับในกระบอกสูบและบันทึกระดับเริ่มต้น ลดระดับน้ำลงอย่างเบาๆ และบันทึกระดับใหม่ ความแตกต่างเท่ากับปริมาตรของวัตถุใน cm³ (เนื่องจาก 1 mL = 1 cm³) วัดน้ำหนักของวัตถุบนชั่งเพื่อให้ได้น้ำหนักในกรัม จากนั้น ρ = น้ำหนัก / ปริมาตร สำหรับวัตถุที่เล็กน้อย ใช้เครื่องวัดปริมาตร (pycnometer) สำหรับวัตถุที่ดูดซับน้ำ ใช้แว็กซ์หรือใช้ของเหลวที่ไม่ทำปฏิกิริยา
ความหนาแน่นเปลี่ยนแปลงไปตามอุณหภูมิหรือไม่
ใช่ ส่วนใหญ่ของวัสดุจะขยายตัวเมื่อความร้อนลดความหนาแน่นลง ความสัมพันธ์เป็น ρ(T) ≈ ρ₀ / (1 + β × ΔT) โดย β คือค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวเชิงปริมาตรของอุณหภูมิ น้ำเป็นน้ำที่ผิดปกติ: มีความหนาแน่นสูงสุดเมื่อ 3.98 °C จากนั้นจะขยายตัวเมื่อเย็นลงต่อไปจนถึง 0 °C แก๊สได้รับผลกระทบมากที่สุด — ความหนาแน่นของมันอยู่ในอัตราส่วนตรงกันข้ามกับอุณหภูมิ absolut ที่คงที่ (จากกฎแก๊สที่สมบูรณ์แบบ) แทนเมทริกซ์ความร้อนและเครื่องจำหน่ายเชื้อเพลิงต้องคำนึงถึงการขยายตัวของความร้อนในการวัด
วัสดุที่มีความหนาแน่นสูงสุดในธรรมชาติ
อสมิอัม (Os) มีค่าความหนาแน่นสูงสุด 22.59 g/cm³ ที่อุณหภูมิห้องเล็กน้อยมากกว่าไอริเดียม (22.56 g/cm³) ทั้งสองเป็นโลหะกลุ่มพลาตินัมและหายากมาก ออสมิอัมมีความหนาแน่นมากจนถึงขนาดว่าถ้าทำลูกบาศก์ 1 ลิตรจะน้ำหนัก 22.59 กิโลกรัม (ประมาณ 50 ปอนด์) สำหรับการเปรียบเทียบ แป้ง (lead) — ที่มักถือว่า "หนัก" — มีความหนาแน่นเพียง 11.34 g/cm³ ประมาณครึ่งหนึ่งของความหนาแน่นของออสมิอัม
วิธีการใช้ความหนาแน่นในการระบุวัสดุไม่ทราบ
ความหนาแน่นเป็น "รอยพิมพ์" สำหรับวัสดุ โดยการวัดปริมาตรและน้ำหนักของตัวอย่างที่ไม่รู้จัก คุณจะคำนวณความหนาแน่นและเปรียบเทียบมันกับรายการของวัสดุที่ทราบ นี่เป็นวิธีที่ใช้โดยอาร์คีเมเดสเพื่อกำหนดว่าหมวกของกษัตริย์ไฮโรสเป็นทองคำแท้หรือทองคำผสมกับเงิน (ความหนาแน่น 19.32 g/cm³) ในธรณีวิทยา ความหนาแน่นของวัสดุผสมกับโครงสร้างผลึก ความแข็ง และความจุแสง ใช้ในการระบุ ในการบังคับใช้กฎหมาย ความหนาแน่นของเศษแก้วสามารถเชื่อมโยงหลักฐานกับสถานที่เกิดเหตุ
ความแตกต่างระหว่างความหนาแน่นโดยรวมกับความหนาแน่นแท้จริง
ความหนาแน่นแท้จริง (absolute) คือความหนาแน่นของวัสดุแท้ๆ โดยไม่รวมพื้นที่ว่างหรือรูขุมขน ความหนาแน่นโดยรวม (bulk) รวมถึงพื้นที่อากาศระหว่างอนุภาคในวัสดุแบบ granular หรือแบบโปร่งใส ตัวอย่างเช่น หินแกรนิต (quartz) มีความหนาแน่นแท้จริง 2.65 g/cm³ แต่หินแกรนิตที่ไม่สมมาตรมีความหนาแน่นโดยรวมประมาณ 1.50 g/cm³ เพราะมีพื้นที่ว่างระหว่างอนุภาค ความหนาแน่นโดยรวมมีความสำคัญอย่างยิ่งในวิศวกรรมโยธา (การยึดแน่นดิน) การเกษตร (การเก็บเมล็ดพันธุ์) และเภสัชกรรม (การเติมยาสมุนไพร)
ทำไมอากาศร้อนจึงขึ้นไป
การร้อนอากาศทำให้ขยายตัว ทำให้ความหนาแน่นลดลงเมื่อเทียบกับอากาศที่เย็นรอบข้าง น้ำร้อนเบากว่าอากาศเย็นรอบข้าง — หลักการเดียวกับที่ลูกบอลลูนลอยในน้ำ นี่เป็นกระบวนการของการถ่ายเทที่ขับเคลื่อนลมฟ้าผ่า น้ำทะเล และการทำงานของลูกบอลลูนร้อน ความแตกต่างของความหนาแน่นคำนวณจากกฎแก๊สที่สมบูรณ์: ρ = P × M / (R × T) เมื่อ 20 °C ความหนาแน่นของอากาศประมาณ 1.204 กก./ม³ เมื่อ 100 °C ลดลงเหลือประมาณ 0.946 กก./ม³ — ลดลง 21%
วิธีการทำงานของไฮโดรมิเตอร์
ไฮโดรมิเตอร์เป็นถ้วยแก้วที่ปิดที่มีบอลลูนหนักอยู่ที่ด้านล่างและวงกลมที่มีระดับบนลำตัวเมื่อใส่ในของเหลว ระดับจะลดลงจนกระทั่งความหนักของของเหลวที่ถูกแทนที่เท่ากับความหนักของไฮโดรมิเตอร์ (หลักการของอาร์คีเมเดส) ในของเหลวที่หนาแน่นมากขึ้น ระดับจะสูงขึ้น (ความจำเป็นในการแทนที่น้อยลง) ในของเหลวที่เบากว่า ระดับจะลดลง ความหนาแน่นสามารถอ่านได้โดยตรงจากวงกลมที่ระดับของของเหลว ไฮโดรมิเตอร์ใช้กันอย่างแพร่หลายในเบียร์ (การวัดปริมาณน้ำตาลในน้ำตาล) อุตสาหกรรมยานยนต์ (การตรวจสอบของเหลวแบตเตอรี่และของเหลวแอนติฟรีซ) และน้ำมัน (การวัดความหนาแน่นของเชื้อเพลิง)
ความหนาแน่นของสิ่งมีชีวิตมนุษย์
ความหนาแน่นเฉลี่ยของสิ่งมีชีวิตมนุษย์ประมาณ 0.95–1.10 g/cm³ ขึ้นอยู่กับองค์ประกอบของร่างกาย เนื้อเยื่อ (กล้ามเนื้อ กระดูก อวัยวะ) มีความหนาแน่นประมาณ 1.10 g/cm³ ในขณะที่เนื้อเยื่อไขมันมีความหนาแน่นประมาณ 0.90 g/cm³ คนที่มีไขมันในร่างกายมากขึ้นมีความหนาแน่นโดยรวมต่ำกว่าและลอยได้ง่ายขึ้น หลักการนี้เป็นรากฐานของการวัดน้ำหนักของน้ำ (hydrostatic weighing) สำหรับการวัดเปอร์เซ็นต์ไขมันในร่างกาย: %fat = (495/ρ) − 450
💡 คุณรู้หรือไม่?
- อาร์คีเมเดสค้นพบหลักการของแรงลอย (และวิธีการวัดความหนาแน่น) ในขณะที่เขาขึ้นไปในอ่างอาบน้ำที่มีน้ำมากเกินไป — เขาเดินไปตามถนนในซิซิลีและตะโกน "Eureka!" ("ฉันพบมัน!")
- เทสเปนของวัสดุของดาวนิวตรอนจะมีน้ำหนักประมาณ 1 พันล้านตัน — ดาวนิวตรอนเป็นวัตถุที่หนาแน่นที่สุดในจักรวาลที่มีความเสถียร ความหนาแน่นประมาณ 4 × 10¹⁷ กก./ม³
- ความหนาแน่นของทองคำ (19.3 g/cm³) มีความเฉพาะตัวมากจน "กัดเหรียญ" เคยใช้ในการตรวจสอบความแท้จริง — ทองคำมีความอ่อนนุ่มเพียงพอสำหรับแสดงรอยเหี่ยวของฟัน ไม่เหมือนกับโลหะผสม