밀도 계산기 쉽게 이해하기 — 개념과 원리
밀도는 일정한 부피 안에 질량이 얼마나 들어 있는지를 나타냅니다. 물질을 구별하고, 물에 뜰지 예상하고, 운송이나 요리에서 질량과 부피를 서로 바꾸고, 순도를 확인할 때 씁니다. 이 계산기는 질량과 부피를 넣으면 kg/m³와 g/cm³ 단위의 밀도, 그리고 물에 대한 비중을 구합니다.
계산 방법
- 밀도: ρ = m ÷ V입니다. 질량은 kg, 부피는 L로 넣으며, 1 m³ = 1,000 L이므로 ρ(kg/m³) = m ÷ (V ÷ 1,000)입니다.
- g/cm³: kg/L와 같은 값이므로 ρ(g/cm³) = m ÷ V입니다. 1 g/cm³ = 1,000 kg/m³입니다.
- 비중: SG = ρ ÷ 998 kg/m³입니다. 998 kg/m³는 약 20 °C의 순수한 물 밀도에 가까운 값입니다.
식을 바꾸면 m = ρV, V = m ÷ ρ로 질량이나 부피도 구할 수 있습니다.
원리
밀도는 물질의 양과 관계없는 세기 성질입니다. 같은 물이라면 한 숟가락이든 한 양동이든 밀도가 같습니다. 밀도는 원자나 분자가 얼마나 무겁고 얼마나 촘촘히 쌓여 있는지를 반영합니다. 무거운 원자가 빽빽한 결정을 이루는 납이나 금은 밀도가 크고, 빈 공간이 많은 스펀지나 기체는 밀도가 작습니다.
비중은 물과 비교해 단위를 없앤 값입니다. 속이 빈 물체가 아니라면 1보다 크면 물에 가라앉고, 1보다 작으면 뜹니다.
예제 풀이
- 입력값: m = 2.7 kg, V = 1 L입니다.
- ρ = 2.7 ÷ (1 ÷ 1,000) = 2.7 ÷ 0.001 = 2,700 kg/m³입니다.
- g/cm³로는 2.7 ÷ 1 = 2.7 g/cm³입니다.
- 비중 = 2,700 ÷ 998 ≈ 2.705410822입니다.
| 부피 (L) | 밀도 (kg/m³) |
|---|---|
| 0.25 | 10,800 |
| 0.5 | 5,400 |
| 0.75 | 3,600 |
| 1 | 2,700 |
| 1.25 | 2,160 |
| 1.5 | 1,800 |
| 2 | 1,350 |
결과 해석
2,700 kg/m³는 알루미늄의 밀도입니다. 참고로 민물은 약 1,000 kg/m³, 바닷물은 약 1,025, 강철은 약 7,850, 금은 약 19,300, 해수면의 공기는 약 1.2 kg/m³입니다. 액체와 기체는 온도에 따라, 기체는 압력에 따라서도 밀도가 달라지므로 비슷한 조건에서 잰 값끼리 비교하십시오.
흔한 실수
- L와 m³를 혼동하는 경우(1 L = 0.001 m³)
- 가루나 알갱이의 겉보기 부피를 써서 빈틈까지 포함된 낮은 값(겉보기 밀도)을 얻는 경우
- 기준 온도가 다른 비중(4 °C와 20 °C, 약 0.2% 차이)을 그대로 비교하는 경우
자주 묻는 질문
모양이 불규칙한 물체의 부피는 어떻게 재나요?
눈금 있는 용기의 물에 완전히 담가 수위가 올라간 만큼을 읽으면 그것이 물체의 부피입니다.
비중과 g/cm³ 밀도는 같은 값인가요?
물이 약 1 g/cm³이라 거의 같지만, 비중은 단위가 없고 기준 온도에 따라 조금 달라집니다.
얼음은 왜 물보다 가벼운가요?
수소 결합 때문에 얼음은 빈틈이 많은 결정 구조를 이루어 밀도가 약 917 kg/m³이므로 물에 뜹니다.
출처: BIPM, 국제단위계(SI Brochure) 제9판 · CRC Handbook of Chemistry and Physics(원소와 물의 밀도)