Tiheys

Tiheys on suure/määrä, joka ilmaisee kappaleen massan suhteessa sen tilavuuteen.^[1] Sen tunnus on ρ. Tietyn lämpötilan ja paineen vallitessa tiheys on kullekin aineelle ominainen vakio.

Yhtälöitä

Tiheys esitetään muodossa ^[2]

${\displaystyle \rho ={\frac {m}{V}}}$,

missä ${\displaystyle m}$ on tarkasteltavan kappaleen massa ja ${\displaystyle V}$ 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:

${\displaystyle \rho ={\frac {Mp}{RT}}}$,

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.^[3]). 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.^[4]

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).^[5]

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/m³^[6] ja 15 °C:ssa samassa paineessa 1,225 kg/m³^[7]. 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)[8]
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