Dichte und spezifisches Gewicht
Die Dichte (Formelzeichen ρ, griechisch: Rho) beschreibt das Verhältnis von Masse zu Volumen eines Stoffes. Die SI-Einheit ist kg/m³, in der Praxis wird oft g/cm³ verwendet.Spezifisches Gewicht meint streng genommen die Gewichtskraft pro Volumen, wird aber umgangssprachlich oft synonym zur Dichte verwendet.
Die zentrale Formel lautet: ρ = m / V. Daraus lassen sich auch Masse (m = ρ × V) und Volumen (V = m / ρ) berechnen. Ein Material mit höherer Dichte ist bei gleichem Volumen schwerer.
Dichtevergleich wichtiger Materialien
Metalle haben meist hohe Dichten: Aluminium 2,7 g/cm³, Eisen/Stahl 7,87 g/cm³, Kupfer 8,96 g/cm³, Gold 19,3 g/cm³. Baustoffe wie Beton (2,4 g/cm³) oder Glas (2,5 g/cm³) liegen im mittleren Bereich. Holz schwimmt, weil seine Dichte unter 1 g/cm³ liegt.
Wasser dient als Referenz mit exakt 1 g/cm³ bei 4°C. Stoffe mit geringerer Dichte schwimmen auf Wasser, schwerere sinken. Deshalb schwimmt Eis (0,92 g/cm³) und Öl (0,9 g/cm³), während Steine und Metalle untergehen.
Anwendungen in der Praxis
In der Materialwissenschaft hilft die Dichte bei der Identifikation von Stoffen und der Qualitätskontrolle. Im Bauwesen ist sie wichtig für statische Berechnungen und Transportplanung. In der Chemiedient sie zur Konzentrationsbestimmung von Lösungen.
Auch im Alltag begegnet uns die Dichte: Beim Kochen schwimmt Fett auf der Suppe, beim Tauchen beeinflusst sie den Auftrieb, und beim Kofferkauf entscheidet das Materialgewicht über die Handlichkeit.
Einheiten umrechnen
Die Umrechnung zwischen den gängigen Einheiten ist einfach:1 g/cm³ = 1000 kg/m³. Ein Kubikmeter Wasser wiegt also 1000 kg = 1 Tonne. Bei Gasen verwendet man oft kg/m³ direkt, da deren Dichten sehr klein sind (Luft: ca. 1,2 kg/m³).
Die Dichte hängt von Temperatur und Druck ab. Gase sind stark druckabhängig, Flüssigkeiten und Feststoffe ändern ihre Dichte nur minimal mit der Temperatur. Wasser hat seine maximale Dichte bei 4°C – deshalb frieren Seen von oben zu.