Hustota

Šablona:Infobox - veličina Hustota (zastarale též měrná hmotnost) je fyzikální veličina, která vyjadřuje hmotnost látky na jednotku objemu. Obvykle se značí řeckým písmenem ρ (ró). Hustota je důležitou charakteristikou látky, která napovídá, jak jsou částice (atomy, molekuly) v dané látce "nahuštěny". Obecně platí, že látky s vyšší hustotou mají při stejném objemu větší hmotnost.

Kromě objemové hustoty hmotnosti, která je nejběžnějším významem tohoto pojmu, se v různých oblastech vědy a techniky používají i jiné typy hustot, jako je například hustota zalidnění, plošná hustota (např. u papíru) nebo hustota elektrického náboje. Pokud není uvedeno jinak, myslí se hustotou objemová hustota hmotnosti.

Definice a vzorec

Hustota je definována jako podíl hmotnosti m tělesa a jeho objemu V.

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

Z tohoto základního vztahu lze odvodit vzorce pro výpočet hmotnosti a objemu:

• m = ρ ⋅ V
• V = m / ρ

Jednotky

• Základní jednotkou hustoty v soustavě SI je kilogram na metr krychlový (kg/m³ nebo kg·m⁻³). Tato jednotka udává, jakou hmotnost v kilogramech by měla krychle dané látky o hraně 1 metr.
• V praxi, zejména v chemii a pro menší objemy, se velmi často používá jednotka gram na centimetr krychlový (g/cm³ nebo g·cm⁻³).
• Protože jeden centimetr krychlový je roven jednomu mililitru (ml), používá se také jednotka gram na mililitr (g/ml).
• Pro kapaliny se někdy užívá i jednotka kilogram na litr (kg/l).

Převodní vztahy

• 1 g/cm³ = 1000 kg/m³
• 1 g/cm³ = 1 kg/l

Měření hustoty

Metody měření hustoty se liší podle skupenství látky a požadované přesnosti. K měřidlům hustoty patří hustoměr, pyknometr nebo Mohrovy vážky.

Pevné látky

• Pravidelná tělesa: U těles s pravidelným geometrickým tvarem (krychle, kvádr, válec) se změří jejich rozměry, z nichž se vypočítá objem. Hmotnost se zjistí vážením. Hustota se poté vypočítá dosazením do základního vzorce.
• Nepravidelná tělesa: Pro určení hustoty nepravidelných pevných těles, která jsou nerozpustná ve vodě, se využívá Archimédův zákon. Těleso se zváží na vzduchu a poté se ponoří do kapaliny (obvykle vody) v odměrném válci. Objem tělesa se rovná objemu vytlačené kapaliny, který se odečte na stupnici válce.

Kapaliny

• Hustoměr (areometr): Je nejběžnější a nejrychlejší metodou pro měření hustoty kapalin. Jedná se o skleněnou baňku se zátěží a stupnicí, která se ponoří do měřené kapaliny. Hloubka ponoru závisí na hustotě kapaliny a hodnota se odečítá přímo na stupnici.
• Pyknometr: Je malá skleněná nádobka s přesně definovaným objemem. Používá se pro velmi přesná laboratorní měření. Pyknometr se nejprve zváží prázdný, poté naplněný měřenou kapalinou a znovu zvážen. Z rozdílu hmotností a známého objemu se vypočítá hustota.
• Digitální hustoměry: Moderní přístroje, často založené na principu oscilační U-trubice, poskytují rychlé a velmi přesné výsledky.

Hustota různých látek

Hustota je specifická pro každou látku. Hodnoty se obvykle udávají za standardních podmínek (teplota 20 °C a tlak 101,325 kPa), pokud není uvedeno jinak.

Příklady hustot vybraných látek

Látka	Skupenství	Hustota (kg/m³)
Aerogel	pevné	1,9
Korek	pevné	150–250
Dřevo (borovice)	pevné	500–600
Led	pevné	917
Voda (při 4 °C)	kapalné	1 000
Mořská voda	kapalné	1 025
Plast (PE)	pevné	930
Beton	pevné	2 300–2 400
Hliník	pevné	2 700
Ocel	pevné	7 850
Měď	pevné	8 960
Olovo	pevné	11 340
Rtuť	kapalné	13 550
Zlato	pevné	19 300
Osmium	pevné	22 590
Vzduch (suchý)	plynné	1,29
Helium	plynné	0,18

Faktory ovlivňující hustotu

Hustota látky není konstantní, ale závisí na vnějších podmínkách, především na teplotě a tlaku.

Teplota

• Většina látek se se vzrůstající teplotou rozpíná (zvětšuje svůj objem). Při konstantní hmotnosti tak jejich hustota klesá.
• Významnou výjimkou je voda, která vykazuje tzv. anomálie vody. Největší hustotu (přibližně 1000 kg/m³) má při teplotě 4 °C. Při ochlazování k bodu mrazu i při zahřívání její hustota klesá. Díky tomuto jevu led plave na vodě a vodní organismy mohou přežívat u dna vodních nádrží i v zimě.

Tlak

• Plyny: Tlak má na hustotu plynů významný vliv. Se zvyšujícím se tlakem se molekuly plynu stlačují k sobě, objem klesá a hustota roste.
• Kapaliny a pevné látky: Jsou velmi málo stlačitelné, a proto je vliv tlaku na jejich hustotu ve většině případů zanedbatelný.

Využití a význam

Znalost hustoty má široké praktické uplatnění:

• Identifikace materiálů: Hustota je charakteristická vlastnost, která může pomoci určit, o jakou látku se jedná (např. v klenotnictví při ověřování pravosti drahých kovů).
• Kontrola kvality a čistoty: Měřením hustoty se zjišťuje koncentrace roztoků, například obsah cukru v moštu (cukrovarnictví), obsah alkoholu v lihovinách nebo kvalita elektrolytu v autobateriích.
• Vztlak a plavání těles: Princip plavání těles, popsaný Archimédovým zákonem, je založen na porovnání hustoty tělesa a kapaliny. Těleso plave, je-li jeho průměrná hustota menší než hustota kapaliny. To vysvětluje, proč ocelové lodě plavou – jejich celková průměrná hustota (včetně velkého objemu vzduchu uvnitř trupu) je menší než hustota vody.
• Stavebnictví a strojírenství: Hustota materiálů je klíčová pro výpočty hmotnosti konstrukcí, stability a nosnosti.

Související veličiny

• Relativní hustota (měrná hmotnost): Je bezrozměrná veličina, která udává poměr hustoty látky k hustotě standardní (referenční) látky. U kapalin a pevných látek je referenční látkou obvykle voda, u plynů vzduch.
• Objemová hmotnost: Tento termín se používá zejména ve stavebnictví a zemědělství pro sypké a porézní materiály (např. písek, zemina, dřevo). Na rozdíl od hustoty zahrnuje i objem pórů a mezer mezi částicemi v daném objemu materiálu.

Externí odkazy

Další soubory ve Wikimedia Commons: Density

• Převody jednotek hustoty