Dichte, spezifisches Gewicht und relative Dichte

Überblick

Dichte ($\rho$) ist die Masse pro Volumeneinheit und eine grundlegende physikalische Eigenschaft zur Charakterisierung von Stoffen. Bei gegebener Temperatur und gegebenem Druck ist die Dichte für einen reinen Stoff konstant, was sie für die Identifizierung und ingenieurtechnische Berechnungen nützlich macht.

Relative Dichte (SG), auch spezifische Dichte genannt, ist das dimensionslose Verhältnis der Dichte eines Stoffes zur Dichte von Wasser bei einer Referenztemperatur — typischerweise 4 °C, wo Wasser seine maximale Dichte von 1000 kg/m³ erreicht.

Spezifisches Gewicht ($\gamma$) ist das Gewicht pro Volumeneinheit, das die Dichte mit der lokalen Fallbeschleunigung verknüpft.

Wichtige Formeln

Density

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

Masse geteilt durch Volumen. Die SI-Einheit ist kg/m³; die imperiale Einheit ist slugs/ft³ (wobei lbm/ft³ in der Praxis üblich ist).

Relative Dichte

$SG = \frac{\rho_{\text{substance}}}{\rho_{\text{H}_2\text{O}}}$

Da SG dimensionslos ist, ist sein Wert im SI- und im imperialen System identisch. Für Feststoffe und Flüssigkeiten ist die Bezugsgröße Wasser; für Gase ist die Bezugsgröße typischerweise trockene Luft bei NTP (20 °C, 1 atm), wobei $\rho_{\text{air}} \approx 1.204\;\text{kg/m}^3$.

Spezifisches Gewicht

$\gamma = \rho \cdot g$

wobei $g$ = 9.807 m/s² (SI) bzw. 32.174 ft/s² (imperial).

Spezifisches Volumen

Das spezifische Volumen ist der Kehrwert der Dichte:

$\nu = \frac{1}{\rho}$

Die SI-Einheit ist m³/kg. In imperialen technischen Einheiten kann es als ft³/slug angegeben werden, wenn die Dichte in slugs/ft³ gemessen wird.

Variablen

Einheitenumrechnungen

• 1 slug = 32.174 lbm = 14.594 kg
• 1 kg = 2.2046 lbm = 6.852 × 10⁻² slugs
• Wasser bei 4 °C: 1000 kg/m³ = 1.940 slugs/ft³ = 62.4 lb/ft³

Relative Dichte gängiger Stoffe

Spezifisches Gewicht gängiger Materialien

Wiederhergestellte Originalquellentabellen

Die folgenden Tabellen wurden von der Originalquellenseite wiederhergestellt, um die vollständigen Referenzdaten zu erhalten.

Relative Dichte gängiger Stoffe

Spezifisches Gewicht gängiger Materialien

Technische Hinweise

• Masse vs. Gewicht: Die Dichte verwendet Masse (kg, slugs); das spezifische Gewicht verwendet Kraft (N, lbf). Die Verwechslung von pound-mass (lbm) und pound-force (lbf) ist eine häufige Fehlerquelle bei imperialen Berechnungen.
• Temperaturabhängigkeit: Die Dichte ändert sich mit der Temperatur. Wasser ist bei 4 °C eine Ausnahme, wo es seine maximale Dichte erreicht. Vermerken Sie stets die Referenztemperatur, wenn Sie SG oder Dichte angeben.
• Druckabhängigkeit: Für Flüssigkeiten und Festkörper ist der Effekt klein. Bei Gasen ist die Dichte stark druckabhängig — verwenden Sie das ideale Gasgesetz ($\rho = p / (R\,T)$) oder Modelle für reale Gase nach Bedarf.
• SG für Flüssigkeiten: Da der SG-Wert der Dichte in g/mL (oder Mg/m³) entspricht, bietet er eine schnelle Möglichkeit, die Dichte ohne Einheitenumrechnung abzuschätzen.
• Verbundwerkstoffe und Legierungen: Tabellierte SG-Werte gelten für reine Materialien. Legierungen, Polymere und Verbundwerkstoffe variieren je nach Zusammensetzung und Verarbeitung.

Referenzen

• Engineering ToolBox — Dichte, Spezifisches Gewicht und Spezifisches Gewicht