정의
밀도(密度, density)는 물질의 질량이 차지하는 부피당 비율을 나타내는 물리량이다. 일반적으로 기호 ρ(rho)로 표기하며, SI 단위는 킬로그램 퍼 입방미터(kg·m⁻³)이다.
개요
밀도는 물체가 가진 질량(m)과 그 물체가 차지하는 부피(V)의 비율로 정의된다. 수식으로는
$$ \rho = \frac{m}{V} $$
가 사용된다. 고체·액체·기체 모두에 적용되지만, 기체의 경우 온도와 압력에 크게 영향을 받아 표준 상태(0 °C, 1 atm)에서의 값이 별도로 제시되기도 한다. 물질마다 고유한 평균 밀도가 존재하며, 이는 물질의 구성 원자·분자 구조와 결합 방식에 따라 달라진다.
어원·유래
‘밀도’는 한자어 ‘密度’에서 차용된 순우리말이다. ‘密(밀)’은 “가깝고 빽빽함”을, ‘度(도)’는 “정도·측정”을 의미한다. 중국어·일본어에서도 동일한 한자를 사용해 같은 의미로 쓰이며, 현대 한국어에서는 물리·화학 분야에서 표준 용어로 자리 잡았다.
특징
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단위와 측정
- SI 단위는 kg·m⁻³이며, CGS 단위계에서는 g·cm⁻³(= 10³ kg·m⁻³)로 표기한다.
- 실험적으로는 질량을 저울로, 부피를 부피계(피펫·비커·플라스크 등)나 물체의 기하학적 형태를 이용해 구한다.
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온도·압력 의존성
- 고체와 액체는 온도 변화에 따라 부피가 변하므로 밀도도 변한다(예: 물은 4 °C에서 최대 밀도를 가진다).
- 기체는 이상기체법칙 PV = nRT에 따라 온도·압력에 비례·반비례하여 밀도가 변한다.
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비중과의 관계
- 비중(specific gravity)은 기준 물질(보통 4 °C 물)의 밀도와 비교한 무차원 비율이며, ρ / ρ₀ 로 정의된다.
- 비중에 중력 가속도(g)를 곱하면 비중중량(γ)이 되며, 이는 무게와 동일한 차원(힘)이다.
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평균밀도와 실질밀도
- 평균밀도는 전체 질량을 전체 부피로 나눈 값이며, 물체 내부에 공극(공기, 빈 공간) 등이 포함된 경우 실제 물질 자체의 밀도(실질밀도)와 차이가 있다.
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응용 분야
- 물리·화학에서 물질 식별·정량 분석, 공정 설계, 재료 선택 등에 활용된다.
- 지구과학에서는 암석·광물의 밀도로 지구 내부 구조를 추정하고, 천문학에서는 별·행성·우주의 평균 밀도로 우주 모델을 구축한다.
관련 항목
- 질량
- 부피
- 비중(比重)
- 면밀도(areal density)
- 선밀도(linear density)
- 물질량(몰)
- 이상기체법칙
- 물리학·화학·지구과학 분야의 물성(物性)
※ 위 내용은 공신력 있는 학술 자료와 위키백과(“밀도”)를 근거로 작성되었으며, 현재까지 확인된 정보에 기반한다.