材料科学において、かさ密度(見かけ密度とも呼ばれる)は、材料の多数の粒子の質量を体積で割った値として定義される材料特性である。体積は、粒子自身の体積、粒子間の空隙体積、および粒子の内部細孔体積を含む、粒子が占める総体積として定義される。[ 1 ]
かさ密度は、粉末、顆粒、その他の「分割された」固体などの材料に有用であり、特に鉱物成分(土壌、砂利)、化学物質、医薬品成分、食品、またはその他の粒子状物質(粒子)の塊に関して使用されます。
かさ密度は粒子密度とは異なります。粒子密度は固体の固有の性質であり、粒子間の空隙の体積は含まれません(非圧縮材料の密度を参照)。かさ密度は材料の外在的な性質であり、材料の取り扱い方によって変化する可能性があります。たとえば、円筒に注がれた粉末は特定のかさ密度を持ちます。円筒が乱されると、粉末粒子が移動して通常はより接近し、結果としてかさ密度が高くなります。このため、粉末のかさ密度は通常、「自由沈降密度」(または「注込み密度」)と「タップ密度」(タップ密度とは、通常容器の振動を伴う特定の圧縮プロセス後の粉末のかさ密度を指します。[ 2 ])の両方で報告されます。
土壌の嵩密度は、土壌の鉱物組成と圧縮度合いに大きく依存する。[ 3 ]石英 の密度は約2.65 g/cm 3だが、鉱物土壌の(乾燥)かさ密度は通常その密度の約半分で、1.0 および 1.6 g/cm 3。対照的に、土壌有機炭素が豊富な土壌や一部の脆い粘土はかさ密度が低い傾向があります ( 有機物自体の密度が低いことと多孔性が高いことの組み合わせにより、かさ密度は 1.0 g/cm 3未満です。たとえば、泥炭土壌のかさ密度は、0.02~0.98 g/cm 3。[ 4 ]欧州連合で分析された 6,000 のサンプルを使用した詳細な研究では、回帰モデルを使用して 0~20 cm の土壌容積密度の高解像度マップ (100 m) が作成されました。[ 5 ]農地の容積密度は森林に比べてほぼ 1.5 倍高くなっています。
土壌の嵩密度は通常、目的の深さと層位で金属製のコアラーを土壌に打ち込んで採取したコアサンプルから決定されます。 [ 6 ]これにより、総体積Vtが既知の土壌サンプルが得られます。このサンプルから、湿潤嵩密度と乾燥嵩密度を決定できます。[ 7 ]
湿潤かさ密度(全かさ密度)については、この試料を秤量して質量M tを得ます。乾燥かさ密度については、試料をオーブン乾燥させて秤量し、土壌固形分の質量M sを得ます。これら 2 つの質量の関係はM t = M s + M lで表され、M lはオーブン乾燥で失われた物質の質量(多くの場合、ほとんどが水)です。乾燥かさ密度と湿潤かさ密度は次のように計算されます。
乾燥かさ密度 = 土壌の質量 / 全体の体積
湿潤かさ密度 = 土壌と液体の質量 / 全体の体積
土壌の乾燥かさ密度は、同じ土壌の空隙率と反比例の関係にあります。土壌の空隙率が高いほど、かさ密度は低くなります。地球内部の領域のかさ密度は、そこを伝わる地震波の速度とも関係があります。P波の場合、これはガードナーの関係式で定量化されています。密度が高いほど、速度は速くなります。