Tiheys

Wikipedia
Loikkaa: valikkoon, hakuun
Litra vettä painaa noin kilon.

Tiheys on suure/määrä, joka ilmaisee kappaleen massan suhteessa sen tilavuuteen.[1] Sen tunnus on ρ (rhoo). Tietyn lämpötilan ja paineen vallitessa tiheys on kullekin aineelle ominainen vakio.

Yhtälöitä[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Tiheys esitetään muodossa [2]

\rho=\frac{m}{V},

missä \scriptstyle m on massa ja \scriptstyle V tilavuus.

Ideaalikaasun tiheys[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Lämpölaajenemisen vuoksi samankin aineen tiheys riippuu lämpötilasta. Kiinteillä aineilla ja nesteillä lämpölaajeneminen on kuitenkin melko vähäistä, mutta kaasuilla paljon suurempaa, jota paitsi niiden tiheys riippuu myös paineesta. Ideaalikaasun tiheys (ρ) riippuu sen moolimassasta (M), absoluuttisesta lämpötilasta (T) ja paineesta seuraavasti:

\rho = \frac{Mp}{RT},

missä R on yleinen kaasuvakio. Todellisten kaasujenkin tiheydet ovat yleensä tätä lähellä, elleivät ne ole lähellä nesteytymistään.

Yksiköt[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

SI-järjestelmässä tiheyden yksikkö on kg/m³ (kilogramma kuutiometriä kohti). Se on kuitenkin varsin pieni yksikkö, jota yleensä käytetään kaasuille. Käytännössä tavallisempia tiheyden yksikköjä ovat g/cm³ (gramma kuutiosenttimetriä kohti) ja kg/dm³ (kilogramma kuutiodesimetriä kohti eli kilogramma litraa kohti).

Tavallisesti tiheydellä tarkoitetaan keskitiheyttä, jolloin oletetaan massan olevaan kauttaaltaan homogeenista.

Tiheyden yksiköiden suhteet toisiinsa ovat: 1 000 kg/m³ = 1 kg/dm³ = 1 g/cm³

Tiheyttä kutsutaan joskus ominaispainoksi (lyhenne om.p.[3]). Tällöin se ilmoitetaan usein ilman yksikköä, suhteena veden tiheyteen: esimerkiksi ominaispainolla 2,5 tarkoitetaan tiheyttä 2,5 kg/dm³.

Esimerkkejä tiheyksistä[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Veden tiheys on varsin lähellä arvoa 1 kg/dm³. Tämä johtuu siitä, että kilogramma määriteltiin alkujaan yhden vesilitran massaksi.

Maan päällä vallitsevissa olosuhteissa suurin tiheys on osmiumilla, 22,59 kg/dm³. Kiinteistä aineista pienin tiheys on eräillä orgaanisilla materiaaleilla kuten korkilla (noin 0,2–0,5 kg/dm³) sekä erittäin huokoisilla aerogeeleillä (jopa 0,001–0,002 kg/dm³).[4]

Kaasujen tiheys on huomattavasti pienempi kuin tyypillisten kiinteiden aineiden. Esimerkiksi ilman tiheys on NTP-tilassa (lämpötila 0 °C, paine 1 013 hPa) 1,293 kg/m³[5] ja 15 °C:ssa samassa paineessa 1,225 kg/m³[6]. vedyn tiheys NTP:ssä on vain 0,0899 kg/m³.

Suuren paineen vallitessa aineiden tiheys voi olla paljon suurempikin. Esimerkiksi Auringon keskuksessa tiheys on noin 150 000 kg/m³. Vielä suurempia tiheyksiä esiintyy maailmankaikkeudessa esimerkiksi valkoisissa kääpiöissä kuten Sirius B:ssä (suuruusluokkaa 109 kg/m³) ja neutronitähdissä (jopa 1018 kg/m³). Toisaalta tähtienvälisen aineen tiheys on erittäin pieni, eri arvioiden mukaan keskimäärin 10−25 – 10−15 kg/m³.

Alkuaineiden tiheyksiä[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Tiheydet on ilmoitettu NTP-lämpötilassa ja paineessa (0 °C, 1 013 hPa)

Aine Tiheys (kg/m³)[7]
Osmium 22 590
Iridium 22 560
Platina 21 450
Kulta 19 300
Uraani 18 950
Elohopea 13 540
Lyijy 11 350
Kupari 8 930
Rauta 7 870
Tina 7 280
Alumiini 2 700
Magnesium 1 740
Litium (kevyin metalli) 530
Radon (raskain kaasu) 9,73
Happi 1,43
Typpi 1,25
Helium 0,18
Vety 0,090

Muiden aineiden tiheyksiä[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Aine Tiheys (kg/m³)
Vesi 1 000
Ilma 1,225
Teräs 7 850

Lähteet[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Theodore Gray: Kiehtovat alkuaineet, 1. painos, s. 175–177, WSOYpro Oy 2010. ISBN: 978-951-0-36582-3

Viitteet[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

  1. Young & Freedman: University Physics with Modern Physics, 11. painos, s. 515. Pearson, 2004. ISBN 0-321-20469-7. (englanniksi)
  2. Young & Freedman: University Physics with Modern Physics, 11. painos, s. 516. Pearson, 2004. ISBN 0-321-20469-7. (englanniksi)
  3. Lyhenneluettelo 25.4.2013. Kotimaisten kielten keskus. Viitattu 16.6.2013.
  4. Lab’s aerogel sets world record Lawrence Livermore National Laboratory. Viitattu 20.10.2009. (englanniksi)
  5. Otavan iso Fokus, 2. osa (Em–Io), art. Ilma, Otava 1973, ISBN 951-1-00272-4
  6. http://www.fmi.fi/kysymyksia/index_8.html
  7. Otavan iso Fokus, 1. osa (A–El), art. Alkuaine, taulukko s. 132–134, Otava 1973. ISBN 951-1-00273-2