密度とは?比重とは?密度と比重の違いは?

密度とは?比重とは?密度と比重の違いは?

 

こちらのページでは、

 

・密度とは?

 

・比重とは?密度との違いは?

 

・電池分野で良く使用する密度

 

について解説しています。

 

 

密度とは?

密度とは広い意味で考えると、

 

ある単位量におけるものの詰まっている度合の大きさと言えます。

 

一般的に密度と言いますと、単位体積あたりの質量のことを指します。

 

この密度の場合の単位は kg/m^3で表されます。

 

SI単位における表記としましては、kg/m^3ですが、1000g = 1kgで、1m^3 = 1000Lの関係を用いて変換するとkg/m^3 = g/L とも変換できます。

 

良く使用する単位である g/cm^3との変換は、1 g/cm3 = 1000 kg/m^3 となります。

 

ただし、状況に応じて使用する密度の種類はいくつかあり、電池分野で良く使用する密度だけでも、上述の一般的にしようする密度から電流密度や状態密度(活性化エネルギーと関係)、エネルギー密度など様々な密度が存在します

 

また、電池の活物質(例えばコバルト酸リチウムマンガン酸リチウムリン酸鉄リチウム等)の密度としては、真密度、見かけ密度(粒子密度)、タップ密度、嵩密度などを使用しています。

 

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比重とは?密度との違いは?

 

密度と比重は似ているイメージを持っている方が多いかと思います。

 

それでは、密度と比重は何が違うのでしょうか?

 

比重と関係する密度は上述のSI単位における密度、つまり単位体積あたりの質量です。

 

そして、比重とはある物質の密度と基準となる物質の密度の比のことを表しています。

 

密度の比であり、同じ単位を持つもの同士を比較しているため、単位がありません。(単位がない物質量のことを、無次元量と呼び、比重もその一つです。

 

 

ここで基準となる物質とは、

 

・固体や液体:一般的に4℃のおける水の密度(0.999972 g/cm^3)
・気体:ある物質の比重を算出しようとする際の温度、圧力条件が同じ時の空気

 

です。

 

 

特に良く扱われる固体や液体の比重では、基準となる物質(上述の通り水)の絶対値がほぼ1であるため、
密度とほぼ同じ値となります。

 

これが密度と比重をややこしくしている原因の一つかもしれません。

 

 

つまり、・密度:ある物質の単位体積あたりの質量 
    ・比重:ある物質の密度と基準物質の密度との比

 

なのです。

 

 

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(参考)電池分野で良く使用される密度

最後に電池分野で良く使用する広い意味での密度について解説します。

 

・質量エネルギー密度: 詳細はこちらで解説していますが、電池性能を表す指標の一つです。単位質量あたりのWh容量(ワット時定格量)のことを示しており、単位は[Wh/kg]で表します。

 

・体積エネルギー密度: 詳細はこちらで解説していますが、電池性能を表す指標の一つです。

 

単位体積あたりのWh容量のことを示しており、単位は[Wh/L]で表します。

 

・電流密度:ある電気化学的な電極反応における反応面積あたりの電流の大きさのことを示しています。

 

電気化学の分野では、実験に使用する電極の面積はcm^2オーダーのサイズが多いため、単位は[A/cm^2]で表すことが多いです。

 

  電流密度と過電圧の関係を表したButler-Volmer式Tafel式に利用されるなど、電池や電極の性能を表す指標の一つと言えるでしょう。

 

・真密度、タップ密度、嵩密度: 電池分野では、活物質等の粉体のある状態における体積あたりの質量を評価する際、真密度、タップ密度、嵩密度と呼ばれる密度を使用します。

 

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