밀도

3. 밀도와 비중의 차이

밀도는 질량을 부피로 나눈 값이며 단위를 가지는 반면, 비중은 어떤 물질의 밀도를 기준 물질(주로 4°C 물)의 밀도로 나눈 값으로, 단위가 없는 무차원량이다. 물의 밀도 값(g/cm³으로 나타낸 값)과 그 비중 값은 거의 같기 때문에 혼동하기 쉽지만, 근본적으로 다른 개념이다.^[34]

4. 밀도의 변화

밀도는 온도와 압력에 따라 변한다.

일반적으로 압력이 증가하면 물질의 밀도는 증가한다. 반대로 온도가 증가하면 밀도는 감소하지만, 물이나 규소처럼 예외적인 경우도 존재한다.^[43]

고체, 액체와 달리 기체의 밀도는 압력에 큰 영향을 받는다. 보일의 법칙에 따르면 이상 기체의 밀도는 다음과 같이 주어진다.^[43]

:$\backslash rho\; =\; \backslash frac\; \{MP\}\{RT\}$

여기서 $R$은 일반 기체 상수, $P$는 압력, $M$은 질량, $T$는 절대 온도이다. 즉, 이상 기체의 밀도는 압력이 두 배가 되거나 절대 온도가 절반이 되면 두 배가 된다.^[43]

4. 1. 온도와 밀도

4. 2. 압력과 밀도

5. 밀도 측정 방법

물질의 밀도를 측정하는 방법에는 여러 가지가 있다. 재료의 밀도 측정에는 여러 가지 기술과 표준이 존재한다. 액체의 경우 비중계(부력 측정법), 정수압 저울(액체와 고체의 부력 측정법), 침지체 방법(액체의 부력 측정법)을 사용한다. 액체와 고체의 경우 측정병, 고체의 경우 공기 비교 측정병, 액체의 경우 진동 밀도계, 그리고 고체의 경우 부피 및 충전 방법 등이 있다.^[9] 그러나 각각의 방법이나 기술은 서로 다른 유형의 밀도(예: 벌크 밀도, 골격 밀도 등)를 측정하므로, 측정되는 밀도의 유형과 해당 재료의 유형을 이해하는 것이 필요하다.

5. 1. 아르키메데스 방법

5. 2. 비중병 방법

5. 3. 기타 측정 방법

• '''진밀도''': 물질 자체의 밀도로, 기공 부분을 제외한 부피로 질량을 나눈 값이다.
• '''겉보기밀도''': 물체 표면의 기공 부피는 제외하고, 내부 기공 부피를 포함하여 구한 밀도이다.
• '''부피밀도'''(벌크 밀도): 분체를 용기에 채울 때 틈새를 포함한 부피로 측정한 밀도이다.
• '''탭밀도''': 분체를 진동시켜 충전한 후 측정한 부피밀도이다.

6. 여러 가지 물질의 밀도

|-

| 성간 물질 || || 10⁻⁵개의 수소 원자/입방 센티미터 기준^[24]

|-

| 국부 성간 구름 || || 0.3개의 수소 원자/입방 센티미터 기준^[24]

|-

| 성간 물질 || || 10⁵개의 수소 원자/입방 센티미터 기준^[24]

|-

| 지구 || 5,515 || 평균 밀도.^[25]

|-

| 지구 내핵 || 13,000 || 지구에 명시된 근사치.^[26]

|-

| 태양의 핵 || 33,000–160,000 || 근사치.^[27]

|-

| 백색왜성 || || 근사치.^[28]

|-

| 원자핵 || || 원자핵의 크기에 크게 의존하지 않음^[29]

|-

| 중성자별 || ||

|}

6. 1. 고체 및 액체의 밀도

6. 2. 기체의 밀도

일반적으로 고체, 액체와 달리 기체 상태의 물질은 분자 간의 거리가 매우 멀어서 밀도가 매우 작다.^[43]

7. 밀도의 역사

밀도는 "질량÷부피"로 정의되기 훨씬 이전인 선사 시대부터 이미 그 개념이 존재했다. 사람들은 손으로 물건을 들어 올리는 것만으로도 밀도를 직관적으로 느낄 수 있었다. 예를 들어 순금과 은도금된 물건은 밀도가 약 2배 차이 나기 때문에 쉽게 구별할 수 있었다.^[4]

하지만 미묘한 밀도 차이는 판별하기 어려웠다. 아르키메데스가 히에론 2세의 왕관에 섞인 불순물을 알아낸 일화는 밀도 개념을 정량적으로 인식하게 된 중요한 계기가 되었다.^[4]

12~13세기에는 아랍어에서 라틴어로 번역된 「알키메데스의 책」 사본에 질량과 비중을 명확하게 구분하는 내용이 추가되었다.

1590년경 갈릴레오 갈릴레이는 저서 『운동에 관하여』에서 "일반적인 무게"와 "물체 본래의 고유한 무게"를 구분하고, 밀도를 "단위 부피당 포함된 원자의 수"로 보았다.^[1] 아이작 뉴턴은 1687년 저서 『프린키피아』에서 질량을 "밀도 × 부피"로 정의하여 갈릴레오의 원자론적 밀도 개념을 채택했다.^[2]

동양에서는 기원후 1세기 한서(漢書) 「식화지하」에 "황금 1寸 정육면체의 무게가 1斤이다"라는 기록이 있다. 이를 오늘날의 값으로 환산하면 18.56 g/cm³으로, 실제 금 밀도와 오차가 4% 미만이다. 3세기 손자산경(孫子算経)의 밀도표에도 비슷한 값이 기록되어 있다.^[1]

7. 1. 고대

7. 2. 중세 및 근대

참조

_[1] 웹사이트 Gas Density http://www.grc.nasa.[...] National Aeronautic and Space Administration 2013-04-09
_[2] 웹사이트 Density definition http://oilgasglossar[...] Oil Gas Glossary 2010-09-14
_[3] 서적 Meteorologica https://archive.org/[...] Harvard University Press
_[4] 웹사이트 Archimedes, A Gold Thief and Buoyancy http://www-personal.[...]
_[5] 웹사이트 Vitruvius on Architecture, Book IX http://penelope.uchi[...]
_[6] 논문 EXHIBIT: The First Eureka Moment
_[7] 뉴스 Fact or Fiction?: Archimedes Coined the Term "Eureka!" in the Bath https://www.scientif[...] 2006-12-08
_[8] 문서 La Bilancetta https://math.nyu.edu[...]
_[9] 논문 Test No. 109: Density of Liquids and Solids 2012-10-02
_[10] 문서 Unless otherwise noted, all densities given are at standard conditions for temperature and pressure
_[11] 문서 Air contained in material excluded when calculating density
_[12] 뉴스 New carbon nanotube struructure aerographite is lightest material champ http://phys.org/news[...] Phys.org 2012-07-14
_[13] 뉴스 Aerographit: Leichtestes Material der Welt entwickelt – SPIEGEL ONLINE http://www.spiegel.d[...] Spiegel.de 2012-07-14
_[14] 웹사이트 Re: which is more bouyant styrofoam or cork http://www.madsci.or[...] Madsci.org 2010-09-14
_[15] 서적 Principles of Physics: A Calculus-Based Text https://books.google[...] Cengage Learning
_[16] 웹사이트 Wood Densities http://www.engineeri[...] 2012-10-15
_[17] 웹사이트 Density of Wood http://www.simetric.[...] 2012-10-15
_[18] 서적 CRC Handbook of tables for Applied Engineering Science CRC Press
_[19] 웹사이트 glycerol composition at http://physics.nist.[...] Physics.nist.gov 2012-07-14
_[20] 웹사이트 Density of Concrete - The Physics Factbook https://hypertextboo[...]
_[21] 서적 University Physics with Modern Physics Addison-Wesley
_[22] 웹사이트 Density of Glass - The Physics Factbook https://hypertextboo[...]
_[23] 서적 Environmental and Engineering Geophysics Cambridge University Press
_[24] 웹사이트 Our Local Galactic Neighborhood http://interstellar.[...] NASA 2012-08-08
_[25] 웹사이트 Density of the Earth http://www.wolframal[...] wolframalpha.com
_[26] 웹사이트 Density of Earth's core http://www.wolframal[...] wolframalpha.com
_[27] 웹사이트 Density of the Sun's core http://www.wolframal[...] wolframalpha.com
_[28] 웹사이트 Extreme Stars: White Dwarfs & Neutron Stars http://www.astronomy[...] Ohio State University
_[29] 웹사이트 Nuclear Size and Density http://hyperphysics.[...] Georgia State University
_[30] 문서 Values below 0 °C refer to supercooled water.
_[31] 문서 直観的には、各点における物質の量(質量)という意味
_[32] 문서 異なる物理量どうしの演算で得られた新しい量であるため、SI組立単位で表されるものであり、正確に比ではない。
_[33] 문서 より正確には、この微小部分は微分で考える微分小と同じであるが、物理量が異なる場合、純粋な幾何学のような比で表す事ができないため、各点における物理単位辺りの大きさで表している。
_[34] 문서 体積と容積
_[35] 문서 比重の定義
_[36] 문서 법정계량단위
_[37] 문서 물의 성질#밀도
_[38] 웹사이트 계량단위령 별표 제1 https://laws.e-gov.g[...]
_[39] 문서 비중의 정의
_[40] 서적 理科年表 理科年表 2020
_[41] 서적 理科年表 理科年表 2020
_[42] 웹사이트 Density maximum and molecular volume at the temperature of maximum density http://www1.lsbu.ac.[...]
_[43] 서적 완자 화학 Ⅰ(1권) 비유와상징 2006-07-01
_[44] 서적 Quantitative Chemical Analysis W. H. Freeman and Company 1995