Dichte misst, wie viel Masse in einem Volumen verpackt ist. Wie der Vergleich von Federn mit Blei – gleiche Größe, unterschiedliches Gewicht. Schlüsseleigenschaft zur Identifizierung von Materialien.

• Dichte = Masse ÷ Volumen (ρ = m/V)
• Höhere Dichte = schwerer bei gleicher Größe
• Wasser: 1000 kg/m³ = 1 g/cm³
• Bestimmt Schwimmen/Sinken

Spezifische Dichte = Dichte relativ zu Wasser. Dimensionsloses Verhältnis. SG = 1 bedeutet gleich wie Wasser. SG < 1 schwimmt, SG > 1 sinkt.

• SG = ρ_Material / ρ_Wasser
• SG = 1: gleich wie Wasser
• SG < 1: schwimmt (Öl, Holz)
• SG > 1: sinkt (Metalle)

Dichte ändert sich mit der Temperatur! Gase: sehr empfindlich. Flüssigkeiten: leichte Änderungen. Wasser hat maximale Dichte bei 4°C. Geben Sie immer die Bedingungen an.

• Temperatur ↑ → Dichte ↓
• Wasser: Maximum bei 4°C (997 kg/m³)
• Gase empfindlich gegenüber Druck/Temperatur
• Standard: 20°C, 1 atm

kg/m³ ist der SI-Standard. g/cm³ ist sehr verbreitet (= SG für Wasser). g/L für Lösungen. Alle sind durch Potenzen von 10 miteinander verbunden.

• 1 g/cm³ = 1000 kg/m³
• 1 g/mL = 1 g/cm³ = 1 kg/L
• 1 t/m³ = 1000 kg/m³
• g/L = kg/m³ (numerisch)

lb/ft³ ist am gebräuchlichsten. lb/in³ für dichte Materialien. lb/gal für Flüssigkeiten (US ≠ UK Gallonen!). pcf = lb/ft³ im Bauwesen.

• 1 lb/ft³ ≈ 16 kg/m³
• US gal ≠ UK gal (20% Unterschied)
• lb/in³ für Metalle
• Wasser: 62.4 lb/ft³

API für Erdöl. Brix für Zucker. Plato für Bier. Baumé für Chemikalien. Nichtlineare Umrechnungen!

• API: Erdöl (10-50°)
• Brix: Zucker/Wein (0-30°)
• Plato: Bier (10-20°)
• Baumé: Chemikalien

ρ = m/V. Kennen Sie zwei, finden Sie die dritte. m = ρV, V = m/ρ. Lineare Beziehung.

• ρ = m / V
• m = ρ × V
• V = m / ρ
• Einheiten müssen übereinstimmen

Archimedes: Auftriebskraft = Gewicht der verdrängten Flüssigkeit. Schwimmt, wenn ρ_Objekt < ρ_Flüssigkeit. Erklärt Eisberge, Schiffe.

• Schwimmt, wenn ρ_Objekt < ρ_Flüssigkeit
• Auftriebskraft = ρ_Flüssigkeit × V × g
• % Eingetaucht = ρ_Objekt/ρ_Flüssigkeit
• Eis schwimmt: 917 < 1000 kg/m³

Dichte ergibt sich aus Atommasse + Packung. Osmium: am dichtesten (22.590 kg/m³). Wasserstoff: leichtestes Gas (0.09 kg/m³).

• Atommasse ist wichtig
• Kristallpackung
• Metalle: hohe Dichte
• Gase: niedrige Dichte

• Wasser ist 1: g/cm³ = g/mL = kg/L = SG (alle gleich 1 für Wasser)
• Mit 1000 multiplizieren: g/cm³ × 1000 = kg/m³ (1 g/cm³ = 1000 kg/m³)
• Regel von 16: lb/ft³ × 16 ≈ kg/m³ (1 lb/ft³ ≈ 16.018 kg/m³)
• SG zu kg/m³: Einfach mit 1000 multiplizieren (SG 0.8 = 800 kg/m³)
• Schwimmtest: SG < 1 schwimmt, SG > 1 sinkt, SG = 1 neutraler Auftrieb
• Eis-Regel: 917 kg/m³ = 0.917 SG → 91.7% eingetaucht beim Schwimmen

• g/cm³ ≠ g/m³! Ein Unterschied von Faktor 1.000.000. Überprüfen Sie immer Ihre Einheiten!
• Temperatur ist wichtig: Wasser ist 1000 bei 4°C, 997 bei 20°C, 958 bei 100°C
• US vs UK Gallonen: 20% Unterschied beeinflusst lb/gal-Umrechnungen (119.8 vs 99.8 kg/m³)
• SG ist dimensionslos: Fügen Sie keine Einheiten hinzu. SG × 1000 = kg/m³ (dann Einheiten hinzufügen)
• API-Grad ist umgekehrt: Höherer API = leichteres Öl (Gegenteil von Dichte)
• Gasdichte ändert sich mit P&T: Bedingungen müssen angegeben oder das ideale Gasgesetz verwendet werden

Materialauswahl nach Dichte. Stahl (7850) stark/schwer. Aluminium (2700) leicht. Beton (2400) für Strukturen.

• Stahl: 7850 kg/m³
• Aluminium: 2700 kg/m³
• Beton: 2400 kg/m³
• Schaumstoff: 30-100 kg/m³

API-Grad klassifiziert Öl. Spezifische Dichte für Qualität. Dichte beeinflusst Mischen, Trennen, Preisgestaltung.

• API > 31.1: Leichtöl
• API < 22.3: Schweröl
• Benzin: ~720 kg/m³
• Diesel: ~832 kg/m³

Brix für Zuckergehalt. Plato für Malz. SG für Honig, Sirupe. Qualitätskontrolle, Gärungsüberwachung.

• Brix: Saft, Wein
• Plato: Bierstärke
• Honig: ~1400 kg/m³
• Milch: ~1030 kg/m³

g/cm³ × 1000 = kg/m³. lb/ft³ × 16 = kg/m³. SG × 1000 = kg/m³.

• 1 g/cm³ = 1000 kg/m³
• 1 lb/ft³ ≈ 16 kg/m³
• SG × 1000 = kg/m³
• 1 g/mL = 1 kg/L

m = ρ × V. Wasser: 2 m³ × 1000 = 2000 kg.

• m = ρ × V
• Wasser: 1 L = 1 kg
• Stahl: 1 m³ = 7850 kg
• Einheiten prüfen

V = m / ρ. Gold 1 kg: V = 1/19320 = 51.8 cm³.

• V = m / ρ
• 1 kg Gold = 51.8 cm³
• 1 kg Al = 370 cm³
• Dicht = klein

2m × 0.3m × 0.3m Stahlträger, ρ=7850. Gewicht?

V = 0.18 m³. m = 7850 × 0.18 = 1413 kg ≈ 1.4 Tonnen.

Holz (600 kg/m³) in Wasser. Schwimmt es?

600 < 1000, es schwimmt! Eingetaucht: 600/1000 = 60%.

1 kg Gold. ρ=19320. Volumen?

V = 1/19320 = 51.8 cm³. Streichholzschachtelgröße!

22.590 kg/m³. Ein Kubikfuß = 1.410 lb! Schlägt Iridium leicht. Selten, wird in Stiftspitzen verwendet.

Eis 917 < Wasser 1000. Fast einzigartig! Seen frieren von oben nach unten zu, was das Wasserleben rettet.

Am dichtesten bei 4°C, nicht 0°C! Verhindert das vollständige Zufrieren von Seen – 4°C warmes Wasser sinkt auf den Boden.

1-2 kg/m³. 'Gefrorener Rauch'. Trägt das 2000-fache seines Gewichts. Mars-Rover verwenden es!

~4×10¹⁷ kg/m³. Ein Teelöffel = 1 Milliarde Tonnen! Atome kollabieren. Dichteste Materie.

0.09 kg/m³. 14× leichter als Luft. Am häufigsten im Universum trotz geringer Dichte.

Der berühmteste 'Heureka!'-Moment in der Wissenschaft ereignete sich, als Archimedes das Prinzip des Auftriebs und der Dichteverdrängung beim Baden in Syrakus, Sizilien, entdeckte.

• König Hieron II. verdächtigte seinen Goldschmied des Betrugs, indem er Silber in eine goldene Krone mischte
• Archimedes musste den Betrug beweisen, ohne die Krone zu zerstören
• Als er die Wasserverdrängung in seinem Bad bemerkte, erkannte er, dass er das Volumen zerstörungsfrei messen konnte
• Methode: Gewicht der Krone in Luft und in Wasser messen; mit einer reinen Goldprobe vergleichen
• Ergebnis: Die Krone hatte eine geringere Dichte als reines Gold – Betrug bewiesen!
• Vermächtnis: Das Archimedische Prinzip wurde zur Grundlage der Hydrostatik und der Dichtewissenschaft

Diese 2.300 Jahre alte Entdeckung bleibt die Grundlage für moderne Dichtemessungen mittels Wasserverdrängung und Auftriebsmethoden.

Die wissenschaftliche Revolution brachte Präzisionsinstrumente und systematische Dichtestudien von Materialien, Gasen und Lösungen.

• 1586: Galileo Galilei erfindet die hydrostatische Waage – das erste Präzisionsinstrument für die Dichte
• 1660er: Robert Boyle untersucht die Beziehungen zwischen Gasdichte und Druck (Boylesches Gesetz)
• 1768: Antoine Baumé entwickelt Aräometerskalen für chemische Lösungen – heute noch in Gebrauch
• 1787: Jacques Charles misst die Gasdichte im Verhältnis zur Temperatur (Charles'sches Gesetz)
• 1790er: Lavoisier etabliert die Dichte als grundlegende Eigenschaft in der Chemie

Diese Fortschritte verwandelten die Dichte von einer Kuriosität in eine quantitative Wissenschaft und ermöglichten Chemie, Materialwissenschaft und Qualitätskontrolle.

Die Industrie entwickelte eigene Dichteskalen für Erdöl, Lebensmittel, Getränke und Chemikalien, die jeweils auf ihre spezifischen Bedürfnisse zugeschnitten waren.

• 1921: Das American Petroleum Institute schafft die API-Grad-Skala – höhere Grade = leichteres, wertvolleres Rohöl
• 1843: Adolf Brix perfektioniert das Saccharometer für Zuckerlösungen – °Brix ist immer noch Standard in der Lebensmittel-/Getränkeindustrie
• 1900er: Die Plato-Skala wird für das Brauen standardisiert – misst den Extraktgehalt in Würze und Bier
• 1768-heute: Baumé-Skalen (schwer & leicht) für Säuren, Sirupe und Industriechemikalien
• Twaddell-Skala für schwere Industrieflüssigkeiten – wird immer noch in der Galvanik verwendet

Diese nichtlinearen Skalen bestehen fort, weil sie für enge Bereiche optimiert sind, in denen Präzision am wichtigsten ist (z. B. deckt API 10-50° die meisten Rohöle ab).

Das Verständnis auf atomarer Ebene, neue Materialien und Präzisionsinstrumente revolutionierten die Dichtemessung und die Werkstofftechnik.

• 1967: Die Röntgenkristallographie bestätigt Osmium als das dichteste Element mit 22.590 kg/m³ (schlägt Iridium um 0,12%)
• 1980er-90er: Digitale Dichtemessgeräte erreichen eine Präzision von ±0,0001 g/cm³ für Flüssigkeiten
• 1990er: Aerogel wird entwickelt – das leichteste feste Material der Welt mit 1-2 kg/m³ (99,8% Luft)
• 2000er: Metallische Glaslegierungen mit ungewöhnlichen Dichte-Festigkeits-Verhältnissen
• 2019: Die SI-Neudefinition koppelt das Kilogramm an die Planck-Konstante – die Dichte ist nun auf die fundamentale Physik rückführbar

Die Astrophysik des 20. Jahrhunderts enthüllte Dichteextreme jenseits irdischer Vorstellungskraft.

• Interstellarer Raum: ~10⁻²¹ kg/m³ – nahezu perfektes Vakuum mit Wasserstoffatomen
• Erd-Atmosphäre auf Meereshöhe: 1,225 kg/m³
• Weiße Zwergsterne: ~10⁹ kg/m³ – ein Teelöffel wiegt mehrere Tonnen
• Neutronensterne: ~4×10¹⁷ kg/m³ – ein Teelöffel entspricht ~1 Milliarde Tonnen
• Singularität eines Schwarzen Lochs: Theoretisch unendliche Dichte (die Physik versagt)

Bekannte Dichten erstrecken sich über ~40 Größenordnungen – von den Leeren des Universums bis zu kollabierten Sternkernen.

Heute ist die Dichtemessung in Wissenschaft, Industrie und Handel unverzichtbar.

• Erdöl: Der API-Grad bestimmt den Rohölpreis (±1° API = Millionen an Wert)
• Lebensmittelsicherheit: Dichtekontrollen decken Verfälschungen bei Honig, Olivenöl, Milch, Saft auf
• Pharmazeutika: Sub-Milligramm-Präzision für die Arzneimittelformulierung und Qualitätskontrolle
• Werkstofftechnik: Dichteoptimierung für die Luft- und Raumfahrt (stark + leicht)
• Umwelt: Messung der Ozean-/Atmosphärendichte für Klimamodelle
• Weltraumforschung: Charakterisierung von Asteroiden, Planeten, Exoplaneten-Atmosphären

Dichte hat Einheiten (kg/m³, g/cm³). SG ist ein dimensionsloses Verhältnis zu Wasser. SG=ρ/ρ_Wasser. SG=1 bedeutet gleich wie Wasser. Multiplizieren Sie SG mit 1000, um kg/m³ zu erhalten. SG ist nützlich für schnelle Vergleiche.

Wasser dehnt sich beim Gefrieren aus. Eis=917, Wasser=1000 kg/m³. Eis ist 9% weniger dicht. Seen frieren von oben nach unten zu und lassen Wasser darunter für das Leben. Würde Eis sinken, würden Seen komplett zufrieren. Einzigartige Wasserstoffbindung.

Höhere Temperatur → geringere Dichte (Ausdehnung). Gase sind sehr empfindlich. Flüssigkeiten ~0.02%/°C. Feststoffe minimal. Ausnahme: Wasser ist bei 4°C am dichtesten. Für Präzision immer die Temperatur angeben.

US=3.785L, UK=4.546L (20% größer). Beeinflusst lb/gal! 1 lb/US gal=119.8 kg/m³. 1 lb/UK gal=99.8 kg/m³. Immer angeben.

Sehr genau, wenn die Temperatur kontrolliert wird. ±0.001 ist typisch für Flüssigkeiten bei konstanter Temperatur. Feststoffe ±0.01. Gase benötigen Druckkontrolle. Standard: 20°C oder 4°C als Wasserreferenz.

Flüssigkeiten: Aräometer, Pyknometer, digitales Messgerät. Feststoffe: Archimedes (Wasserverdrängung), Gaspyknometer. Präzision: 0.0001 g/cm³ ist möglich. Temperaturkontrolle ist entscheidend.