北京中科微納精密儀器有限公司
已認(rèn)證
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在物理學(xué)中,密度是指某種物質(zhì)的質(zhì)量與該物質(zhì)體積的比值,其公式為:
ρ = m / V
ρ—物質(zhì)的密度,kg/m3;
m—物質(zhì)的質(zhì)量,kg;
V—物質(zhì)的體積,m3。
密度是物質(zhì)的物理特性之一,不同物質(zhì)的密度一般不同,反映了不同物質(zhì)的不同性質(zhì),因此,可以根據(jù)密度來(lái)鑒別物質(zhì)。密度不隨物質(zhì)形狀和空間地理位置的變化而變化,但因物質(zhì)的狀態(tài)、溫度、壓強(qiáng)的改變而改變。例如,水的三種狀態(tài)冰、水、水蒸汽密度不同;蒸汽鍋爐中,同樣是水蒸汽,因壓強(qiáng)不同,蒸汽密度也不同。
密度在使用過(guò)程中,由于應(yīng)用領(lǐng)域不同,物質(zhì)形態(tài)差異,對(duì)其體積的定義有較大的區(qū)別,例如,對(duì)于塊狀金屬,其體積為排開(kāi)水的容積;對(duì)于玉米、小米等糧食,更關(guān)心其堆體積;而對(duì)于多孔材料,需要了解其骨架體積。為此,需要對(duì)體積進(jìn)行嚴(yán)格的定義。根據(jù)應(yīng)用需求,體積可分為密實(shí)體積、自然體積和堆體積三類。
(1) 密實(shí)體積
密實(shí)體積是指密實(shí)狀態(tài)下的體積,即指構(gòu)成材料的固體物質(zhì)本身的體積。例如:翡翠、鋼板、瑪瑙、橡膠等。
(2) 自然體積
自然體積是指自然狀態(tài)下的體積,即指固體物質(zhì)的體積與全部孔隙體積之和。例如:面包,表面有象蜂窩一樣的開(kāi)孔,內(nèi)部則是如同氣泡一樣的封閉孔。類似材料很多,木頭、透氣磚、分子篩、活性炭、泡沫等。
(3) 堆積體積
堆積體積是指自然狀態(tài)下的體積與顆粒之間的空隙之和。日常生活中*常見(jiàn),例如:糧食、水泥、土壤等。
密度的相關(guān)概念,如體積密度、表觀密度、真密度等均與上述三個(gè)體積密切相關(guān)。以多孔材料為例,其體積包括開(kāi)口孔隙、閉口孔隙和固體三部分,如下圖所示。深入材料內(nèi)部,構(gòu)成封閉狀,不與外界相通的孔為閉孔,所有的閉孔體積之和為閉口孔隙。一端在材料表面開(kāi)口,另一端深入材料內(nèi)部,稱為盲孔;一端在材料表面開(kāi)口,穿過(guò)材料到另一端表面也存在開(kāi)孔,稱為貫通孔;一端在材料表面開(kāi)孔,深入材料內(nèi)部后,又產(chǎn)生若干相通的分支,這些分支均通過(guò)主孔與材料表面相通,稱為交聯(lián)孔。盲孔、貫通孔和交聯(lián)孔都具有一個(gè)共性,即有一端與外界相通,所以這類孔統(tǒng)稱為開(kāi)孔,由這些孔構(gòu)成的開(kāi)孔體積之和即為開(kāi)口孔隙。
真實(shí)密度簡(jiǎn)稱真密度(true density),是指物質(zhì)在密實(shí)狀態(tài)下單位體積的質(zhì)量,其表達(dá)公式為:
ρt = m / V固
ρt—多孔材料的真實(shí)密度,kg/m3;
m—多孔材料固體的質(zhì)量,kg;
V固—多孔材料中固體骨架部分所占的體積,m3。
由公式可以看出,對(duì)于多孔材料單個(gè)顆粒而言,真密度是扣除開(kāi)口孔隙和閉口孔隙體積后由物質(zhì)骨架部分所占體積的質(zhì)量,即材料在無(wú)孔狀態(tài)下的密度。對(duì)催化劑又稱骨架密度,它是單位體積催化劑骨架或固體部分(不包括顆粒之間間隙及顆粒內(nèi)微孔體積)的質(zhì)量。
由于苯、異丙醇等可以進(jìn)入多孔材料除骨架以外的開(kāi)孔中,因此可以用苯替代汞,采及排液置換法測(cè)定材料的真密度。但嚴(yán)格地講,苯不能進(jìn)入多孔材料閉口孔隙和極微細(xì)的微孔中,所以苯測(cè)出的密度接近于真密度,如果需要精密地測(cè)定,需要將材料磨成粉末,破壞閉口孔隙,采用氦氣、氖氣或氬氣等不被材料吸附的惰性氣體以排氣置換法進(jìn)行測(cè)定,通常采用真空容量法吸附裝置。
表觀密度(apparent density)又稱視密度,是指多孔材料固體的質(zhì)量與表觀體積之比,表觀體積是材料固體骨架部分所占體積加閉口孔隙所占體積,此體積即材料排開(kāi)水的體積,其表達(dá)公式為:
ρa(bǔ) = m / (V固+V閉)
ρa(bǔ)—多孔材料的真密度,kg/m3;
m—多孔材料固體的質(zhì)量,kg;
V固—多孔材料中固體骨架部分所占的體積,m3;
V閉—多孔材料中閉口孔隙所占的體積,m3。
體積密度(particle density)是指多孔材料在自然狀態(tài)下單位體積的質(zhì)量,對(duì)單個(gè)顆粒而言,又稱為顆粒密度,表示單個(gè)顆粒包括顆粒內(nèi)部開(kāi)口孔隙和閉口孔隙體積在內(nèi)的密度。其表達(dá)公式為:
ρp = m / (V固+V開(kāi)+V閉)
ρp—多孔材料的體積密度,kg/m3;
m—多孔材料固體的質(zhì)量,kg;
V固—多孔材料中固體骨架部分所占的體積,m3,
V開(kāi)—多孔材料中開(kāi)口孔隙所占的體積,m3,
V閉—多孔材料中閉口孔隙所占的體積,m3。
空隙率(void fraction)是指散粒材料在自然堆積狀態(tài)下,其中的空隙體積與散粒材料在自然狀態(tài)下的體積之比的百分率。依據(jù)圖1 2,多孔顆??障堵实谋磉_(dá)公式為:
εB = (V空+V開(kāi))/ (V空+V固+V開(kāi)+V閉)
實(shí)心顆??障堵实谋磉_(dá)公式為:
εB =V空/ (V空+V固+V開(kāi)+V閉)
εB—顆粒材料的空隙率,%;
V開(kāi)—多孔顆粒開(kāi)口孔隙所占的體積,m3,
V閉—多孔顆粒閉口孔隙所占的體積,m3。
V固—實(shí)心顆粒所占的體積或多孔顆粒固體骨架部分所占的體積,m3。
V空— 實(shí)心顆?;蚨嗫最w粒之間空隙所占的體積,m3。
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