Tiheys on suure/määrä, joka ilmaisee kappaleen massan suhteessa sen tilavuuteen. Sen tunnus on ρ. Tietyn lämpötilan ja paineen vallitessa tiheys on kullekin aineelle ominainen vakio.
Yhtälöitä
Tiheys esitetään muodossa
,
missä on tarkasteltavan kappaleen massa ja sen tilavuus.
Ideaalikaasun tiheys
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 (p) seuraavasti:
,
missä R on yleinen kaasuvakio. Todellisten kaasujenkin tiheydet ovat yleensä tätä lähellä, elleivät ne ole lähellä nesteytymistään.
Yksiköt
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.). Tällöin se ilmoitetaan usein ilman yksikköä, suhteena veden tiheyteen: esimerkiksi ominaispainolla 2,5 tarkoitetaan tiheyttä 2,5 kg/dm³. Ominaispaino ei ole ominaissuure sanan systeemaattisessa merkityksessä, eli se ei kuvaa jotain suuretta massayksikköä kohti. Nykystandardin mukaan termi on vanhentunut.
Esimerkkejä tiheyksistä
Veden tiheys on varsin lähellä arvoa 1 kg/dm³, koska 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).
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/m³Otavan iso Fokus, 2. osa (Em–Io), art. Ilma, Otava 1973, ja 15 °C:ssa samassa paineessa 1,225 kg/m³http://www.fmi.fi/kysymyksia/index_8.html. 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
Tiheydet on ilmoitettu 20 °C:ssa ja 101,325 kPa:n paineessa.
Aine Tiheys (kg/m³)Otavan iso Fokus, 1. osa (A–El), art. Alkuaine, taulukko s. 132–134, Otava 1973. 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 Aine Tiheys (kg/m³) Vesi 1 000 Ilma 1,293 Teräs 7 850
Katso myös Pituusmassa Pinta-alamassa Ominaistilavuus
Lähteet Theodore Gray: Kiehtovat alkuaineet, 1. painos, s. 175–177, WSOYpro Oy 2010.
Viitteet
Aiheesta muualla
Luokka:Suureet Luokka:Seulonnan keskeiset artikkelit