Densitate

Un cilindru gradat care conține lichide de diferite densități (crescând de sus în jos).

Solide tipice de laborator pentru măsurarea densității experimentale

Metoda de imersie (măsurarea volumului corpurilor solide de formă neregulată)

Densitatea unei substanțe este raportul dintre masă și volumul substanței respective. Indică câtă masă este prezentă la 1 m³ de substanță.

\rho ={\dfrac {m}{V}}

{\ displaystyle \ rho = {\ dfrac {m} {V}}}

{\ displaystyle \ rho = {\ dfrac {m} {V}}}

În mecanica continuum densitatea , mai corect numită masă volumetrică sau masă specifică și adesea indicată cu simboluri $\rho$ ${\ displaystyle \ rho}$ $\ rho$ , $d$ ${\ displaystyle d}$ $d$ sau, de asemenea $\delta$ ${\ displaystyle \ delta}$ $\ delta$ , este definit în spațiul de fază ca integrală în spațiul momentului liniar conjugat al densității de fază ^[1] :

\rho (\mathbf {r} ,t)=\int n(\mathbf {r} ,\mathbf {p} ,t)\,\mathrm {d} p

{\ displaystyle \ rho (\ mathbf {r}, t) = \ int n (\ mathbf {r}, \ mathbf {p}, t) \, \ mathrm {d} p}

{\ displaystyle \ rho (\ mathbf {r}, t) = \ int n (\ mathbf {r}, \ mathbf {p}, t) \, \ mathrm {d} p}

,

Masa unui continuum este în general definită ca integrală a densității în regiunea de referință a spațiului de configurare; această regiune în mecanica clasică corespunde volumului. ^[2] Conceptul de densitate este esențial în ecuațiile de echilibru .

m=\int _{V}\rho \,\mathrm {d} r

{\ displaystyle m = \ int _ {V} \ rho \, \ mathrm {d} r}

{\ displaystyle m = \ int _ {V} \ rho \, \ mathrm {d} r}

În sistemul internațional , densitatea se măsoară în kg / m³ ; în sistemul CGS în g / cm³ .

În utilizarea obișnuită, se folosește uneori kg / L sau echivalent în g / ml , care corespund exact g / cm³.

În cazul corpurilor solide, densitatea poate fi determinată experimental prin măsurarea masei corpului solid examinat cu ajutorul unui echilibru simplu și prin măsurarea volumului corpului însuși. Dacă corpul solid are o formă neregulată, adică nu este ușor să-i măsurăm volumul prin formulele geometrice obișnuite pentru calcularea volumului, este posibil să se utilizeze (în cazul în care se presupune că corpul solid nu este permeabil și că are o densitate mai mare decât fluidul în care este scufundat) așa-numita „metodă de scufundare”, care constă în determinarea volumului corpului prin scufundarea solidului, de exemplu, într-un cilindru gradat și obținerea volumului de corpul ca diferență între volumul lichidului fără corpul scufundat și volumul lichidului când corpul a fost scufundat. Atât măsurătorile masei, cât și cele ale volumului corpului vor fi repetate pentru a limita erorile accidentale legate de operațiile de măsurare.

La fluide , corpurile cu densitate mai mică plutesc pe cele cu densitate mai mare, atunci când sunt supuse unui câmp gravitațional . Această proprietate este baza principiului Arhimede .

Trebuie avut grijă să nu se confunde conceptul de densitate, care este măsura unei mase împărțite la un volum, cu cea a densității relative , care este în schimb o cantitate adimensională .

Descriere

Densitate relativa

Același subiect în detaliu: Densitatea relativă .

În general, densitatea relativă înseamnă raportul dintre densitatea corpului examinat și cea a unui corp luat ca referință, pentru o temperatură și o presiune date. ^[3] ^[4]

Densitatea relativă este adesea definită ca raportul dintre densitatea corpului examinat și cea a apei pure la o temperatură de 4 ° C și presiunea de 1 bar sau într-un mod echivalent ca raportul dintre masa corpului examinat și cel al unui volum egal de apă pură (distilată sau deionizată) la o temperatură de 4 ° C și o presiune de 1 bar. ^[5] ^[6] ^[7]

Densitatea relativă poate fi determinată în diferite moduri. Corpurile solide care au o densitate mai mare decât cea a apei sunt cântărite mai întâi în aer și apoi în apă în condiții de imersiune completă. Densitatea relativă se obține împărțind greutatea în aer la scăderea în greutate a corpului scufundat (a se vedea principiul lui Arhimede ). Pentru a determina densitatea relativă a fluidelor, se folosesc instrumente speciale numite densimetre . Dacă sunt necesare măsurători foarte precise, procedăm prin determinarea masei unui volum cunoscut de lichid sau gaz în condiții de temperatură controlată.

Densitatea propriu-zisă este uneori numită densitate absolută spre deosebire de densitatea relativă. ^[6]

Densitatea din tabelul periodic al elementelor tinde să crească în grupuri de sus în jos (cu excepția beriliu și magneziu), în timp ce în perioadele crește de la stânga la dreapta până la bor-aluminiu-cupru-ruteniu-iridiu , și apoi scade.

Densitatea reală și densitatea în vrac

Definiția densității dată mai sus se referă la o cantitate de materie solidă masivă, adică fără goluri interne. Se mai numește densitate reală , deoarece ține cont doar de volumul fracției solide.

Densitatea masivă a unui corp este calculată într-un mod formal analog densității absolute, dar ia în considerare volumul total ocupat de solid sau dimensiunile sale externe, incluzând deci spații goale (solide cu cavități închise, cu cavități deschise sau cu o structură spongioasă). Definiția densității în vrac este valabilă și pentru materia granulară conținută în recipiente precum nisip și cereale sau sol .

Densitatea unui amestec

Pentru a calcula densitatea unui amestec format din mai multe substanțe („componente”) se poate utiliza următoarea relație:

\rho ={\frac {1}{V}}\sum _{i}m_{i}=\sum _{i}\rho _{i}\,

{\ displaystyle \ rho = {\ frac {1} {V}} \ sum _ {i} m_ {i} = \ sum _ {i} \ rho _ {i} \,}

\ rho = \ frac {1} {V} \ sum_i m_i = \ sum_i \ rho_i \,

unde este:

$m_{i}$ ${\ displaystyle m_ {i}}$ $pe mine$ este masa componentului i din amestec;
V este volumul amestecului;
ρ _i este concentrația de masă a componentului i din amestec.

Alternativ, această altă expresie poate fi utilizată:

\rho =\sum _{i}\rho _{i}^{0}{\frac {V_{i}}{V}}

{\ displaystyle \ rho = \ sum _ {i} \ rho _ {i} ^ {0} {\ frac {V_ {i}} {V}}}

\ rho = \ sum_i \ rho_i ^ 0 \ frac {V_i} {V}

.

Generalizare

Termenul „densitate” poate fi aplicat și altor cantități care au o distribuție spațială. De exemplu, raportul dintre numărul de electroni dintr-un volum dat și volumul în sine se numește densitatea electronilor. Mai general, având în vedere orice set de obiecte, vorbim despre densitatea numărului . Raportul dintre sarcina totală distribuită într-un volum și volumul în sine este denumit în mod obișnuit densitatea sarcinii; energia luminii pe unitate de volum este definită ca densitate a energiei luminii. Prin urmare, în general, densitatea unei cantități se exprimă prin raportul dintre cantitatea cantității conținute într-un volum atribuit și valoarea acestuia din urmă.

Într-un sens și mai larg, conceptul a fost extins și la alte zone precum geografia : „densitatea populației” măsoară populația unui teritoriu pe unitate de suprafață.

Densitatea suprafeței

În cazul în care o cantitate este distribuită pe o suprafață putem vorbi de densitatea suprafeței acestei mărimi referindu-ne la raportul dintre cantitatea însăși și aria suprafeței pe care este distribuită. De exemplu, în cazul sarcinii electrice vorbim de densitatea sarcinii de suprafață . În cazul unui curent electric printr-un conductor de secțiunea S , raportul dintre curent și secțiunea S traversată se numește densitate de curent .

Cazuri speciale

Densitatea apei (H2O)

Tabelul următor arată densitatea apei în grame pe centimetru cub la diferite temperaturi (în ° C) ^[8]

Valorile sub 0 ° C se referă la starea apei subrăcite . ^[9]

Temperatura (° C)	Densitate (g / cm ³ )	Volum specific (cm ³ / g)
100	0,9584
80	0,9718	1,0290
60	0,9832	1,0171
40	0,9922	1.00786
30	0,9956502	1.00437
25	0,9970479	1.00296
22	0,9977735	1.00223
20	0,9982071	1.001796
15	0,9991026	1.000898
10	0,9997026	1.000297
4	0,9999720	1.0000280
0	0,9998395	1.00016
−10	0,998117	1.001886
−20	0,993547	1.006495
−30	0,983854	1,01641

Densitatea aerului

Obținut prin legea gazelor ${\boldsymbol {\rho }}={\frac {p}{{\bar {R}}\cdot T}}$ ${\ displaystyle {\ boldsymbol {\ rho}} = {\ frac {p} {{\ bar {R}} \ cdot T}}}$ ${\ displaystyle {\ boldsymbol {\ rho}} = {\ frac {p} {{\ bar {R}} \ cdot T}}}$ unde în calculul V este unitar, p este în pascale, T este în Kelvin și R este constanta specifică pentru aerul uscat ${\bar {R}}=287.05\,\mathrm {J} \,\mathrm {kg} ^{-1}\,\mathrm {K} ^{-1}$ ${\ displaystyle {\ bar {R}} = 287,05 \, \ mathrm {J} \, \ mathrm {kg} ^ {- 1} \, \ mathrm {K} ^ {- 1}}$ ${\ displaystyle {\ bar {R}} = 287,05 \, \ mathrm {J} \, \ mathrm {kg} ^ {- 1} \, \ mathrm {K} ^ {- 1}}$

Temperatura în ° C	Densitate în kg / m ³ (la 1 atm)
–10	1,342
–5	1.316
0	1.293
5	1.269
10	1.247
15	1.225
20	1.204
25	1.184
30	1.165

Notă

^ Duderstadt și colab. , pp. 253 .
^(RO) IUPAC Gold Book, "densitate"
^ Corazzon , p. 48 .
^ Baglioni , p. 8 .
^ În acest caz vorbim de „densitate relativă față de apă” sau vorbim doar de „densitate relativă” , ceea ce înseamnă că luăm ca apă de referință la 4 ° C și 1 bar, deoarece aceasta este cea mai frecvent utilizată.
^ ^a ^b Araneo , p. 207 .
^ Marchiz , p. 71 .
^ Lide , pp. 6-3 .
^ Apă - densitate și greutate specifică

Bibliografie

Paolo Corazzon, Stefano Bertocchi, Fizică , Alpha Test, 1999, ISBN 88-483-0041-3 .
Piero Baglioni, Chimie , Florența, Giunti Editore, 1998, ISBN 88-09-21420-X .
David R. Lide, manual CRC de chimie și fizică , ediția a 74-a, CRC Press, 1993, ISBN 0-8493-0595-0 .
Antonio Araneo, Chimie. Pentru licee , PICCIN, 1987, ISBN 88-299-0568-2 .
Bernardo Marchese, Tehnologia materialelor și chimia aplicată , ediția a II-a, Liguori Editore, 1975, ISBN 88-207-0390-4 .

Elemente conexe

Alte proiecte

Wikimedia Commons conține imagini sau alte fișiere despre densitate

linkuri externe

Density , pe Treccani.it - Enciclopedii online , Institutul Enciclopediei Italiene .
( EN ) Density , în Encyclopedia Britannica , Encyclopædia Britannica, Inc.

Controlul autorității	Tezaur BNCF 28550 · LCCN (EN) sh85036848 · GND (DE) 4204634-8 · BNF (FR) cb119773882 (data) · NDL (EN, JA) 00.567.732

Portalul fizicii : accesați intrările Wikipedia care se ocupă cu fizica

[1] Duderstadt și colab. , pp. 253 .

[2] (RO) IUPAC Gold Book, "densitate"

[3] Corazzon , p. 48 .

[4] Baglioni , p. 8 .

[5] În acest caz vorbim de „densitate relativă față de apă” sau vorbim doar de „densitate relativă” , ceea ce înseamnă că luăm ca apă de referință la 4 ° C și 1 bar, deoarece aceasta este cea mai frecvent utilizată.

[Araneo207-6] Araneo , p. 207 .

[7] Marchiz , p. 71 .

[8] Lide , pp. 6-3 .

[9] Apă - densitate și greutate specifică

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]