Gustoća

Gustoća (oznaka: ρ – grčki: ro) je fizikalna veličina određena kao količnik mase m i obujma (volumena) V nekog tijela ili kemijske tvari:

${\displaystyle \rho ={m \over V}}$

Ista jednakost vrijedi za prosječnu gustoću bilo kojeg materijala u volumenu V koji sadrži masu m, to jest opisuje kolika je masa neke tvari prosječno sadržana u jedinici volumena: što je ta masa veća, kaže se da je tijelo gušće. Iz toga slijedi da je mjerna jedinica za gustoću u SI sustavu kilogram po metru kubnom (kg/m³).

Ako se promatrani volumen razdijeli u sitnije dijelove, te na isti način izračuna njihova prosječna gustoća, mogu se dobiti različite vrijednosti, to jest neki dijelovi mogu biti gušći a neki rjeđi. Zato se prava gustoća računa kao gustoća u točki, tako da se odredi granična vrijednost omjera mase i volumena za sve manji i manji dio tvari oko te točke, koja se zapisuje kao omjer diferencijala mase i volumena:

${\displaystyle \rho ={dm \over dV}}$

Ako je gustoća tvari ili tijela jednaka u svakoj točki (to jest jednaka u svakom dijelu volumena) kaže se da je tvar ili tijelo homogeno (u kontekstu razmatranja gustoće ili mase). Prava gustoća homogenog tijela jednaka je njegovoj prosječnoj gustoći, pa se može računati po prethodnoj, jednostavnijoj jednakosti. Tvari koje su čisti kemijski elementi ili spojevi homogene su u dijelu volumena koji se nalazi u istim uvjetima (tlak, temperatura i drugo). Gustoća nije nepromjenjiva karakteristika neke tvari, već ovisi ponajprije o temperaturi, što vrijedi za sve tvari u svim agregatnim stanjima. Za plinovito agregatno stanje gustoća jako ovisi i o tlaku koji vlada u tom plinu. U pravilu, gustoća svih tvari opada s porastom temperature. No, to neće biti slučaj ako je toplinsko širenje tvari na neki način mehanički spriječeno; na primjer tada će se kod plinova povećati tlak, a kod čvrstih tvari će se pojaviti naprezanje. Najpoznatije odstupanje od uobičajenog pada gustoće s porastom temperature je anomalija vode.

Veličina usko povezana s gustoćom je specifični obujam ili specifični volumen. Veza specifičnog volumena s gustoćom je sljedeća:

${\displaystyle v={1 \over \rho }}$

Mjerna jedinica specifičnog volumena je metar kubni po kilogramu (m³/kg). Ova veličina nam govori koliki volumen zauzima jedinica mase neke tvari. Baratanje specifičnim volumenom je od naročite važnosti u termodinamici.

Osmij je najgušći od svih elemenata kod standardnog tlaka i temperature; gustoća iznosi 22 610 kg/m³. Najmanja poznata gustoća je gustoća međuzvjezdanoga prostora, koja iznosi od 10⁻²⁵ do 10⁻¹⁵ kg/m³, gustoća Zemljine atmosfere na razini mora je oko 1,2 kg/m³, na temperaturi 0 °C i tlaku 101 325 Pa, gustoća je vodenog leda 916,7 kg/m³, vode 1 000 kg/m³, slane vode 1 030 kg/m³, silicija 2 330 kg/m³, aluminija 2 700 kg/m³, željeza 7 870 kg/m³, žive 13 546 kg/m³, zlata 19 320 kg/m³, gustoća je Sunčeve jezgre 150 000 kg/m³ a atomske jezgre 2,3 × 10¹⁷ kg/m³.^[1]