密度

密度（体積質量密度または比質量）は、物質の質量とその体積の比です。密度を表す記号として最もよく使われるのはρ （ギリシャ文字の小文字のロー）ですが、ラテン文字のD（またはd）も使用できます。^{[ 1 ]}$${\displaystyle \rho ={\frac {m}{V}},}$$ ここで、 ρは密度、mは質量、Vは体積です。場合によっては（例えば、米国の石油・ガス産業では）、密度は単位体積あたりの重量として大まかに定義されますが、^{[ 2 ]}これは科学的に不正確です。この量はより具体的には比重と呼ばれます。 

純物質の場合、密度はその質量濃度に等しくなります。通常、異なる物質は異なる密度を持ち、密度は浮力、純度、包装などに関係する場合があります。オスミウムは、標準温度および圧力条件下で知られている元素の中で最も密度が高いものです。

異なる単位系間での密度の比較を簡略化するために、密度は無次元量である「相対密度」または「比重」、すなわち物質の密度と標準物質（通常は水）の密度の比で置き換えられることがあります。したがって、水に対する相対密度が1未満であれば、その物質は水に浮きます。

物質の密度は温度と圧力によって変化します。この変化は固体や液体では通常小さいですが、気体でははるかに大きくなります。物体にかかる圧力を上げると、物体の体積が減少し、その結果、密度が増加します。圧力を一定に保ったまま物質の温度を上げると、体積が増加するため密度が減少します（いくつかの例外を除く）。ほとんどの流体では、流体の底を加熱すると、加熱された流体の密度が低下するため対流が発生し、加熱されていない密度の高い物質に対して上昇します。

物質の密度の逆数は、比体積と呼ばれることもあり、これは熱力学で用いられる用語です。密度は示強性であり、物質の量を増やしても密度は増加せず、質量が増加します。

概念的に比較可能な他の量や比率としては、比密度、相対密度（比重）、比重量などがある。

質量密度の概念は、国際量体系において体積量、すなわち任意の物理量と体積の商に一般化されており、 ^{[ 3 ]}電荷密度や体積電荷などである。^{[ 4 ]}

密度の式（ρ = m / V ）から、質量密度は質量を体積で割った任意の単位を持つことがわかります。質量と体積にはさまざまな大きさの単位が多数存在するため、質量密度の単位も多数使用されています。SI単位のキログラム毎立方メートル（kg/m³ ^）とcgs単位のグラム毎立方センチメートル（g/cm³ ^）は、おそらく最も一般的に使用されている密度の単位です。産業界では、これより大きいまたは小さい質量や体積の単位の方が実用的である場合が多く、米国慣用単位が使用されることもあります。以下に、最も一般的な密度の単位の一覧を示します。

^{以下のメートル法単位を用いた密度はすべて、kg/ m³}の値の 1000 分の 1 というまったく同じ数値になります。液体の水の密度は約 1  g/cm³^または1000  kg/m³^であり、ほとんどの固体と液体の密度は 0.1 ～ 20  g/cm³^の範囲にあるため、これらの SI 単位はいずれも数値的に便利です。

• グラム/立方センチメートル(g/ ^cm³ )
• キログラム/立方デシメートル(kg/ ^dm³ )
• メガグラム/立方メートル(Mg/m ³ )

SI単位系に含まれない、メートル法の単位であるリットルとトン（メートルトン）を用いる単位には、以下のようなものがある。

• グラム/ミリリットル(g/mL)
• キログラム/リットル(kg/L)
• トン/立方メートル (t/ ^m³ )

米国の慣用単位では、密度は次のように表すことができます。

• 常用オンス/立方インチ(1  g/cm ³ ≈ 0.578036672  oz/cu  in)
• 常衡オンス/液量オンス(1  g/cm ³ ≈ 1.04317556  oz/US  fl  oz = 1.04317556  lb/US fl  pint)
• 常用ポンド/立方インチ (1  g/cm ³ ≈ 0.036127292  lb/cu  in)
• ポンド/立方フィート(1  g/cm ³ ≈ 62.427961  lb/cu  ft)
• ポンド/立方ヤード(1  g/cm ³ ≈ 1685.5549  lb/cu  yd)
• 1米液量ガロンあたりのポンド（1  g/cm³ ^≈ 8.34540445  lb/US gal）
• 米ブッシェル当たりのポンド(1  g/cm³ ^≈ 77.6888513  lb/bu)
• 1立方フィートあたりのスラグ

上記とは異なる帝国単位（帝国ガロンや帝国ブッシェルが米国単位と異なるように）は、古い文書には見られるものの、実際にはほとんど使用されていません。帝国ガロンは、帝国液量オンスの水がアボワールデュポワオンスの質量を持つという概念に基づいており、実際、1  g/cm ^{3 ≈ 1.00224129 オンス/帝国液量オンス = 10.0224129 ポンド/帝国ガロンです。}貴金属の密度は、トロイオンスやポンドに基づいている可能性があり、これが混乱の原因となる可能性があります。

結晶性物質の密度は、その式量（ダルトン単位）と単位格子の体積から計算できます。密度は次のように計算できます。1立方オングストロームあたり1ダルトンは、1.660 539 068 92 (52)  g/cm ³ 、2022 CODATA推奨ダルトン値に基づく。 ^{[ 11 ]}

材料の密度を測定するための技術や規格は数多く存在します。これらの技術には、比重計（液体の浮力法）、静水圧計量法（液体と固体の浮力法）、浸漬体法（液体の浮力法）、ピクノメーター（液体と固体）、空気比較ピクノメーター（固体）、振動U字管（液体）、および注ぎ出しと叩き（固体）の使用が含まれます。^{[ 12 ]}ただし、個々の方法や技術はそれぞれ異なる種類の密度（例えば、かさ密度、骨格密度など）を測定するため、測定対象の密度の種類と対象となる材料の種類を理解しておく必要があります。

一般的に、密度は圧力または温度を変化させることで変化させることができます。圧力を上げると、物質の密度は常に増加します。温度を上げると、一般的に密度は減少しますが、この一般化には顕著な例外があります。例えば、水の密度は融点である0  ℃から4  ℃の間で増加します。同様の挙動は、低温のシリコンでも観察されます。

圧力と温度が液体や固体の密度に及ぼす影響は小さい。一般的な液体や固体の圧縮率は^10⁻⁶ bar⁻¹ (1 bar = 0.1 MPa) であり、一般的な熱膨張率は^10⁻⁵ K⁻¹である。これは、物質の体積^を1 % 減少させるには、大気圧の約 1 万倍の圧力が必要であることをおおよそ意味する。(ただし、砂質土壌や一部の粘土では、必要な圧力は約 1000 分の 1 程度になる可能性がある。) 体積が 1% 膨張するには、通常、数千℃ 程度の温度上昇が必要となる。    

対照的に、気体の密度は圧力によって大きく影響を受ける。理想気体の密度は $${\displaystyle \rho ={\frac {MP}{RT}},}$$ ここで、 Mはモル質量、Pは圧力、Rは普遍気体定数、Tは絶対温度である。これは、理想気体の密度は、圧力を2倍にするか、絶対温度を半分にすることで2倍にできることを意味する。

一定圧力下での体積熱膨張と小さな温度間隔の場合、密度の温度依存性は $${\displaystyle \rho ={\frac {\rho _{T_{0}}}{1+\alpha \cdot \Delta T}},}$$ どこ$\displaystyle \rho _{T_{0}}}$は基準温度における密度であり、${\displaystyle \alpha }$は、温度が近いときの材料の熱膨張係数です。${\displaystyle T_{0}}$。

溶液の密度は、その溶液を構成する成分の質量濃度（質量濃度）の合計である。

各成分の質量濃度$\displaystyle \rho _{i}}$溶液中の濃度の合計は溶液の密度に相当します。 $${\displaystyle \rho =\sum _{i}\rho _{i}.}$$

混合物の純粋成分の密度とそれらの体積比率の関数として表すことで、過剰モル体積を決定することができる。 $${\displaystyle \rho =\sum _{i}\rho _{i}{\frac {V_{i}}{V}}\,=\sum _{i}\rho _{i}\varphi _{i}=\sum _{i}\rho _{i}{\frac {V_{i}}{\sum _{i}V_{i}+\sum _{i}{V^{E}}_{i}}},}$$ ただし、構成要素間に相互作用がないことを前提とする。

成分の過剰体積と活量係数の関係が分かれば、活量係数を求めることができる。 $${\displaystyle {\overline {V^{E}}}_{i}=RT{\frac {\partial \ln \gamma _{i}}{\partial P}}.}$$

体積を表す修飾語「volumic」は、国際数量体系（ISO 80000-1）において、任意の物理量を体積で割った値を表すために推奨されています。^{[ 3 ]} また、「単位体積あたり」または「体積…密度」（あるいは単に「密度」）という表現もよく使われ、その結果得られる単位は立方メートルの逆数（m ⁻³）を含みます。例えば、次のようになります。

• 質量密度または体積質量^{[ 3 ] [ 31 ]}
• 電荷密度または体積電荷、体積あたりの電荷^{[ 3 ] [ 4 ]}
• 数密度または体積数、単位体積あたりの実体の数^{[ 3 ]}
• 活動密度または体積活動^{[ 32 ]}
• エネルギー密度、単位体積あたりの位置エネルギー
• 力密度、単位体積あたりの力
• 電力密度、単位体積あたりの電力

• 「密度」 。ブリタニカ百科事典。第 8巻（第11 版）。1911年。
• 「密度」 。『新学生のための参考書』 。1914年。
• 動画：油とアルコールを使った密度実験
• 動画：ウイスキーと水を使った密度実験
• ガラス密度計算 – 室温におけるガラス密度および1000～1400℃における溶融ガラス密度の計算
• 周期表の元素一覧 – 密度順
• 一部の成分の飽和液密度の計算
• 電界密度テスト（2010年12月15日、Wayback Machineにアーカイブ済み）
• 水 – 密度と比重
• 水の密度の温度依存性 – 密度単位の変換
• おいしい密度実験（2015年7月18日、Wayback Machineにアーカイブ済み）
• 水密度計算機(2011年7月13日にWayback Machineにアーカイブ)特定の塩分濃度と温度における水の密度。
• 液体密度計算機 リストから液体を選択し、温度の関数として密度を計算します。
• 気体密度計算機 温度と圧力の関数として気体の密度を計算します。
• 様々な物質の密度。
• 固体の密度の測定（ 2013年6月4日にWayback Machineにアーカイブ済み）、教室での実験の実施手順。
• Lam EJ、Alvarez MN、Galvez ME、Alvarez EB (2008) 「水性多成分電解質溶液の密度を計算するためのモデル」チリ化学会誌53 (1): 1393–8 . doi : 10.4067/S0717-97072008000100015 .
• ラドヴィッチ IR、キエフチャニン ML、タシッチ・アジ、ジョルジェヴィッチ BD、シェルバノヴィッチ SP (2010)。 「アルコール+シクロヘキシルアミン混合物の熱力学特性の導出」。セルビア化学会誌。75 (2 ) : 283–293。CiteSeerX 10.1.1.424.3486 。土井：10.2298/JSC1002283R。