Was ist Dichte – Physik – Definition

Was ist Dichte?

Die Dichte ist definiert als die Masse pro Volumeneinheit . Es ist eine intensive Eigenschaft , die mathematisch als Masse geteilt durch Volumen definiert ist:

ρ = m / V

Mit anderen Worten, die Dichte (ρ) eines Stoffes ist die Gesamtmasse (m) dieses Stoffes geteilt durch das Gesamtvolumen (V), das dieser Stoff einnimmt. Die Standard-SI-Einheit ist Kilogramm pro Kubikmeter ( kg / m ³ ). Die englische Standardeinheit ist Pfund pro Kubikfuß ( lbm / ft ³ ). Die Dichte (ρ) eines Stoffes ist der Kehrwert seines spezifischen Volumens (ν).

ρ = m / V = ​​1 / ρ

Das spezifische Volumen ist eine intensive Variable , während das Volumen eine umfangreiche Variable ist. Die Standardeinheit für das spezifische Volumen im SI-System ist Kubikmeter pro Kilogramm (m ³ / kg). Die Standardeinheit im englischen System ist Kubikfuß pro Pfund (ft ³ / lbm).

Dichteste Materialien auf der Erde

Da Nukleonen ( Protonen und Neutronen ) den größten Teil der Masse gewöhnlicher Atome ausmachen, ist die Dichte normaler Materie in der Regel dadurch begrenzt, wie eng wir diese Nukleonen packen können, und hängt von der inneren Atomstruktur einer Substanz ab. Das dichteste Material auf der Erde ist das Metallosmium , aber seine Dichte verblasst im Vergleich zu den Dichten exotischer astronomischer Objekte wie weißer Zwergsterne und Neutronensterne .

Liste der dichtesten Materialien:

1. Osmium – 22,6 × 10 ³ kg / m ³
2. Iridium – 22,4 × 10 ³ kg / m ³
3. Platin – 21,5 x 10 ³ kg / m ³
4. Rhenium – 21,0 × 10 ³ kg / m ³
5. Plutonium – 19,8 × 10 ³ kg / m ³
6. Gold – 19,3 x 10 ³ kg / m ³
7. Wolfram – 19,3 x 10 ³ kg / m ³
8. Uran – 18,8 x 10 ³ kg / m ³
9. Tantal – 16,6 x 10 ³ kg / m ³
10. Quecksilber – 13,6 x 10 ³ kg / m ³
11. Rhodium – 12,4 × 10 ³ kg / m ³
12. Thorium – 11,7 x 10 ³ kg / m ³
13. Blei – 11,3 x 10 ³ kg / m ³
14. Silber – 10,5 x 10 ³ kg / m ³

Es muss angemerkt werden, dass Plutonium ein künstliches Isotop ist und in Kernreaktoren aus Uran hergestellt wird . Tatsächlich haben Wissenschaftler jedoch Spuren von natürlich vorkommendem Plutonium gefunden.

Wenn wir künstliche Elemente einbeziehen, ist Hassium das bisher dichteste . Hassium ist ein chemisches Element mit dem Symbol Hs und der Ordnungszahl 108. Es ist ein synthetisches Element (erstmals in Hasse in Deutschland synthetisiert) und radioaktiv. Das stabilste bekannte Isotop, ²⁶⁹ Hs , hat eine Halbwertszeit von ungefähr 9,7 Sekunden. Es hat eine geschätzte Dichte von 40,7 x 10 ³ kg / m ³ . Die Dichte von Hassium ergibt sich aus seinem hohen Atomgewicht und aus der signifikanten Abnahme der Ionenradien der Elemente in der Lanthanidreihe, die als Lanthanid- und Actinidkontraktion bekannt ist .

Auf die Dichte von Hassium folgt Meitnerium (Element 109, benannt nach der Physikerin Lise Meitner) mit einer geschätzten Dichte von 37,4 x 10 ³ kg / m ³ .

Dichte verschiedener Materialien – Beispiele

Dichte der Kernmaterie

Die Kerndichte ist die Dichte des Atomkerns. Es ist das Verhältnis von Masse pro Volumeneinheit innerhalb des Kerns. Da der Atomkern den größten Teil der Atommasse trägt und der Atomkern im Vergleich zum gesamten Atom sehr klein ist, ist die Kerndichte sehr hoch.

Die Kerndichte für einen typischen Kern kann ungefähr aus der Größe des Kerns und seiner Masse berechnet werden. Typische Kernradien liegen in der Größenordnung von 10 – ¹⁴ m . Unter der Annahme einer Kugelform können Kernradien nach folgender Formel berechnet werden:

r = r ₀ . A ^1/3

wobei r ₀ = 1,2 × 10 ^–15 m = 1,2 fm

Zum Beispiel besteht natürliches Uran hauptsächlich aus Isotop ²³⁸ U (99,28%), daher liegt die Atommasse des Uranelements nahe an der Atommasse von ²³⁸ U Isotop (238,03u). Sein Radius dieses Kerns wird sein:

r = r ₀ . A ^1/3 = 7,44 fm.

Angenommen, es ist kugelförmig, dann ist sein Volumen:

V = 4πr ³ /3 = 1,73 x 10 ^-42 m ³ .

Die übliche Definition der Kerndichte ergibt für ihre Dichte:

ρ _Kern = m / V = ​​238 × 1,66 × 10 ^–27 / (1,73 × 10 ^–42 ) = 2,3 × 10 ¹⁷ kg / m ³ .

Somit ist die Dichte von Kernmaterial mehr als 2,10 ^14- mal höher als die von Wasser. Es ist eine immense Dichte. Der beschreibende Begriff Kerndichte wird auch auf Situationen angewendet, in denen ähnlich hohe Dichten auftreten, beispielsweise innerhalb von Neutronensternen. Solche immensen Dichten finden sich auch in Neutronensternen.