Dichteänderung

Dichteänderung bezeichnet die Veränderung der Dichte eines Stoffes oder Systems, also der Masse pro Volumen. Sie kann durch Veränderungen der Temperatur, des Drucks, der Phase oder der Zusammensetzung verursacht werden. Dichteänderungen beeinflussen Eigenschaften wie Auftrieb, Trübung, Durchflussverhalten und Wärme- bzw. Stofftransport.

Hauptursachen sind Temperatur- und Druckänderungen sowie Phasenübergänge. Mit steigender Temperatur dehnt sich ein Material typischerweise aus, wodurch die Dichte sinkt. Umgekehrt führt Druckerhöhung meist zu einer Verdichtung und damit zu einer höheren Dichte. Die Größenordnung lässt sich durch zentrale Kennzahlen beschreiben: der volumetrische Wärmeausdehnungskoeffizient α (1/V)(∂V/∂T)_P und die isotherme Kompressibilität κ_T = -(1/V)(∂V/∂P)_T. Für kleine Änderungen gilt approximativ Δρ/ρ ≈ -α ΔT bei konstantem Druck und Δρ/ρ ≈ κ_T ΔP bei konstanter Temperatur. Bei Gasen folgt aus der Zustandsgleichung ρ = pM/(RT) eine besonders starke Abhängigkeit von p und T.

Phasenübergänge gehen oft mit deutlichen Dichteänderungen einher. Beispiele zeigen, dass Dichte nicht monoton mit der Temperatur verläuft: Eis hat eine geringere Dichte als Wasser, daher schwimmt es. In vielen Stoffen treten bei Fusion oder Verdampfung sprunghafte Dichteänderungen auf.

Messung und Anwendungen richten sich nach dem Kontext: Densitometrie und Pyknometrie werden zur Messung der Dichte genutzt; in der Technik beeinflusst die Dichtekontrolle Mischungsprozesse, Auftriebssysteme, Wärmetauscher-Design und Prozesssteuerung. In Geowissenschaften und Atmosphärenforschung untersuchen Wissenschaftler Dichteprofile zur Stabilität von Schichten und Strömungen.