Densitet är ett mått som jämför mängden materia i ett föremål med dess volym. Ett föremål med mycket materia i en viss volym har hög densitet. Ett föremål med lite materia i samma volym har låg densitet. Densiteten fås genom att dividera ett föremåls massa med dess volym.

ρ = m V {\displaystyle \rho ={\frac {m}{V}}} {\displaystyle \rho ={\frac {m}{V}}}

där ρ är densiteten, m är massan och V är volymen.

Grundläggande formler

Formeln kan också skrivas om för att beräkna massa eller volym:

  • ρ = m / V (densitet = massa dividerat med volym)
  • m = ρ · V (massa = densitet gånger volym)
  • V = m / ρ (volym = massa dividerat med densitet)

Symbolen ρ (grekiska bokstaven rho) används ofta för densitet.

Enheter och omvandling

  • SI-enheten för densitet är kilogram per kubikmeter (kg/m³).
  • I praktiken används ofta gram per kubikcentimeter (g/cm³) för ämnen i laboratorier. 1 g/cm³ = 1000 kg/m³.
  • Andra vanliga enheter är kg/L (1 kg/L = 1000 kg/m³) och g/mL (1 g/mL = 1 g/cm³).

Vanliga densitetsvärden (ungefärliga)

  • Vatten (vid 4 °C): ≈ 1000 kg/m³ eller 1,00 g/cm³
  • Luft (vid 20 °C, vid havsnivå): ≈ 1,2 kg/m³
  • Aluminium: ≈ 2700 kg/m³
  • Järn: ≈ 7870–7900 kg/m³
  • Guld: ≈ 19 300 kg/m³

Hur man mäter densitet

  • Direkt beräkning: Mät massan på en våg och bestäm volymen med geometriska formler (t.ex. för en kub, cylinder eller sfär).
  • Vattenförskjutning (Archimedes): Sänk ett oregelbundet föremål i vätska och mät den förskjutna volymen. Volymen likställer man med det uppmätta volymbortfallet och delar massan med denna volym.
  • Pyknometer: En noggrann metod för vätskor och pulver där man bestämmer volym genom att fylla en kalibrerad kolv.
  • Gasers densitet: Bestäms ofta med hjälp av idealgaslagen eller särskilda instrument (t.ex. gaskromatografi eller densitetsmätare).

Temperatur och tryck påverkar densiteten

Densiteten förändras med temperatur och, för gaser, även med tryck. Vid uppvärmning ökar volymen av de flesta ämnen (termisk expansion) och densiteten minskar. För gaser kan man använda idealgasrelationer för att uppskatta ändringar: densiteten är proportionell mot tryck och omvänt proportionell mot temperatur (i kelvin).

Specifik densitet (relativ densitet)

Specifik densitet eller relativ densitet är förhållandet mellan ett ämnes densitet och referensdensiteten (vanligtvis vatten för vätskor och fasta ämnen). Om ett ämnes specifika densitet är större än 1 sjunker det i vatten, om den är mindre än 1 flyter det.

Praktiska exempel

  • Exempel 1: Ett föremål har massa 500 g och volym 200 cm³. Densiteten blir 500 g / 200 cm³ = 2,5 g/cm³ = 2500 kg/m³.
  • Exempel 2: Om du vet att ett material har densiteten ρ = 2700 kg/m³ och du behöver en bit med volym 0,002 m³, blir massan m = ρ·V = 2700 × 0,002 = 5,4 kg.

Ytterligare begrepp att känna till

  • Skrymdensitet (bulk density): Medelvärdet av massan per volym för ett poröst material inklusive porerna och luft — viktig vid jordstudier och materialhantering.
  • Partikeldensitet: Densiteten för själva materialet utan tomrum/porer.
  • Noggrannhet: Tänk på mätosäkerhet och betydelsen av enheter vid beräkningar; ange resultat med lämpligt antal signifikanta siffror.

Sammanfattningsvis är densitet ett enkelt men kraftfullt mått som beskriver hur mycket massa som ryms i en given volym. Med rätt mätmetod och enhet kan du beräkna densitet för fasta ämnen, vätskor och gaser samt använda kunskapen i många praktiska tillämpningar (materialval, flytförmåga, processkontroll med mera).