Densitet (massefylde): Definition, formel og beregning
Densitet (også kaldet massefylde) er en måling, der angiver, hvor meget stof der er samlet i et givent rumfang. En genstand med meget stof i et bestemt volumen har en høj massefylde; en genstand med lidt stof i samme volumen har en lav massefylde. Densiteten beregnes ved at dividere en genstands masse med dens volumen, dvs. hvor tæt materien er pakket i objektet.
ρ = m V {\displaystyle \rho ={\frac {m}{V}}}} 
Her er ρ massefylden, m er massen og V er volumenet. For praktisk brug er det nyttigt at kende omformninger og alternative former af formlen:
- ρ = m / V
- m = ρ · V
- V = m / ρ
Enheder
- SI-enheden for densitet er kilogram per kubikmeter (kg/m³).
- I laboratorier og tekniske tabeller bruges ofte gram per kubikcentimeter (g/cm³). Forholdet er: 1 g/cm³ = 1000 kg/m³.
- Andre enheder forekommer, fx g/mL for væsker (1 mL = 1 cm³).
Typiske værdier (eksempler)
- Rent vand ved 4 °C: ca. 1000 kg/m³ = 1,00 g/cm³
- Luft ved havniveau og 15 °C: ca. 1,225 kg/m³
- Jern: ca. 7874 kg/m³
- Bly: ca. 11340 kg/m³
Målemetoder
Hvordan man måler densitet afhænger af objektets form og materiale:
- Regelmæssig form: Beregn volumen ud fra geometriske formler (f.eks. kubus, sfære, cylinder) og mål massen på en vægt. Brug derefter ρ = m / V.
- Uregelmæssig fast genstand: Bestem volumen ved væskeforskydning (Archimedes‑metoden): mål hvor meget vand genstanden forskyder i en målbæger, og mål massen separat.
- Væsker: Brug en pyknometer eller et hydrometer; mål masse af et kendt volumen eller aflæs relativ densitet.
- Porøse materialer og gasarter: Kræver ofte specielle metoder eller korrektioner for indespærret luft og temperatur/tryk.
Temperatur og tryk
Densitet afhænger af temperatur (og for gasser også af tryk). Når temperaturen stiger, udvider de fleste materialer sig, så volumen øges og densiteten falder. For nøjagtige målinger skal man angive den temperatur (og for gasser også tryk), som værdien gælder for.
Relativ densitet (specifik vægt/tyngde)
Specifik densitet eller relativ densitet (ofte kaldet specific gravity) er forholdet mellem stoffets densitet og en reference (typisk vand ved 4 °C). Det er dimensionsløst:
- SG = ρ_stof / ρ_vand
- Eksempel: Hvis et materiale har ρ = 2000 kg/m³, så er SG = 2000 / 1000 = 2,0.
Eksempel på beregning
Antag en genstand har massen 250 g og volumenet 125 cm³. Densiteten er
- ρ = m / V = 250 g / 125 cm³ = 2,0 g/cm³.
- Omregnet til SI-enheder: 2,0 g/cm³ = 2000 kg/m³.
Praktiske kommentarer og faldgruber
- Porøse materialer kan indeholde luft; mål derfor den egentlige faststofvolumen, hvis relevant.
- Ved væskeblandinger afhænger densiteten af sammensætningen og temperatur.
- Når man vejer under vand eller måler volumen ved displacement, skal man være opmærksom på overfladespænding og bobler.
- Densitet er vigtig i mange anvendelser: materialevalg, flydeevne og opdrift (Arkimedes’ lov), hydraulik, geologi, kemi og produktionsteknik.
Ændringer af densiteten
Generelt kan densiteten ændres ved at ændre enten trykket eller temperaturen. Hvis trykket øges, øges et materiales massefylde altid. En forøgelse af temperaturen sænker normalt densiteten, men der er undtagelser. F.eks. stiger vands massefylde en smule mellem dets smeltepunkt ved 0 °C og 4 °C. Når vand fryser, udvider det sig med ca. 9 % i volumen og danner is, der er mindre tæt end flydende vand. Vand udvider sig, når det falder til under 4 °C.
Målinger
Ferskvand anvendes ofte som standard for relativ massefylde. Dette kaldes specifik tyngdekraft.
De mest almindelige SI-enheder for massefylde er g/cm3 og kg/m3 . Når tælleren er meget større end nævneren, betyder det, at stoffet har en højere massefylde. Når nævneren er meget større end tælleren, har stoffet en lavere massefylde.
Andre anvendelser af udtrykket
"Densitet" betyder undertiden forholdet mellem andre egenskaber i stedet for masse og volumen. Så betyder det, hvor meget af en egenskab der findes i et bestemt stykke af det, de ser på. Befolkningstæthed er f.eks. hvor mange mennesker der bor på det samme areal. Befolkningstætheden i byen er højere end på landet, fordi folk bor tættere på hinanden i byen. I computere er lagringstæthed hvor mange data der er plads til på en datalagringsenhed i forhold til dens fysiske størrelse. En Blu-ray-disk har en højere lagertæthed end en dvd, som har en højere lagertæthed end en cd, selv om de alle har næsten nøjagtig samme volumen.
Spørgsmål og svar
Spørgsmål: Hvad er tæthed?
A: Densitet er en måling, der sammenligner mængden af stof i et objekt med dets volumen.
Q: Hvordan måles densitet?
A: Densitet findes ved at dividere en genstands masse med dens volumen.
Spørgsmål: Hvordan defineres høj massefylde?
Svar: En genstand med meget stof i et bestemt volumen har en høj massefylde.
Spørgsmål: Hvordan defineres lav massefylde?
A: En genstand med lidt stof i samme mængde volumen har en lav massefylde.
Spørgsmål: Hvilke symboler bruges til at repræsentere massefylde, masse og volumen?
Svar: Symbolet for massefylde er ρ, symbolet for masse er m, og symbolet for volumen er V.
Spørgsmål: Kan to genstande med samme masse have forskellig massefylde?
A: Ja, to genstande med samme masse kan have forskellig massefylde, hvis deres volumen er forskelligt.
Sp: Hvad er ligningen til at finde massefylden?
Svar: Ligningen til bestemmelse af massefylde er ρ = m/V, hvor ρ er massefylden, m er massen og V er rumfanget.
