Massa volumica

Il termometro Galileo sfrutta la variazione della densità del liquido incolore in funzione della temperatura. Dati chiave

unità SI	kg / m 3
Dimensione	ML -3
Natura	intensivo
Simbolo abituale	$ρ$

La densità di una sostanza , detta anche densità di massa , è una grandezza fisica che caratterizza la massa di questa sostanza per unità di volume . È l'inverso del volume di massa . Densità è il sinonimo moderno delle espressioni obsolete "densità assoluta" e "densità propria", o "massa specifica".

Questa grandezza fisica è generalmente indicata con le lettere greche $ρ$ ( rhô ) o $µ$ ( mu ). Usiamo queste due notazioni secondo le abitudini del campo di lavoro. Tuttavia, l' International Bureau of Weights and Measures (BIPM) consiglia di utilizzare la notazione $ρ$ .

Essendo la densità dell'acqua, a 3,98 °C , 1 g/cm 3 , la densità di un liquido o di un solido è espressa dallo stesso valore numerico della sua densità in g/cm 3 o in kg/l : ad esempio equivale a dire che la densità dell'etanolo è 0,79 o che la sua densità è 0,79 g/cm 3 . Ciò dà luogo a frequenti confusioni tra i concetti di densità e densità. Si noti inoltre, come ulteriore fonte di errore, la traduzione inglese di densità che è densità . La densità è una quantità intensiva definita localmente, in qualsiasi punto $M$ di una sostanza:

{\ displaystyle \ rho (\ mathrm {M}) = {\ frac {\ delta m} {\ delta V}}}

dove è la massa infinitesimale della sostanza che occupa il volume infinitesimale che circonda $M$ . ${\ displaystyle \ delta m}$ $\ delta V$

Quando una sostanza non è omogenea, possiamo definire la sua densità media:

{\ displaystyle {\ bar {\ rho}} = {\ frac {m} {V}}}

dove $m$ è la massa della sostanza e $V$ il volume che occupa. Si ottiene anche per integrazione:

{\ displaystyle {\ bar {\ rho}} = {\ frac {\ iiint \ rho (\ mathrm {M}) \, \ mathrm {d} V} {\ iiint \ mathrm {d} V}}}

dove i due integrali tripli sono estesi a tutto lo spazio occupato dalla sostanza.

Unità di misura

L'unità di misura della densità nel Sistema Internazionale è il chilogrammo per metro cubo ( kg/m 3 ). Nel sistema CGS , è espresso in g/cm 3 , che ha il vantaggio di dare valori numerici dell'ordine dell'unità per i solidi in condizioni normali di temperatura e pressione (CNTP).

Comunemente usato è g / cm 3 , kg / l o t / m 3 (le ultime unità essendo numericamente equivalente) o qualsiasi altra unità espressa dal rapporto tra unità di massa e di un'unità di volume.

Queste unità non devono essere confuse con la notazione g/l frequentemente usata in chimica per caratterizzare la concentrazione di un soluto in una soluzione acquosa . Ad esempio, il siero fisiologico è una soluzione di NaCl da 9 g/l ; questo significa che ci sono 9 g di NaCl per 1 l di soluzione, e non che la densità del siero è di 9 g/l . A differenza della densità, grammo e litro non sono lo stesso materiale.

Il valore numerico è lo stesso in più unità perché 1 g / cm 3 = 1 kg / dm 3 = 1 kg / l = 1 t / m 3 , e allo stesso modo 1 g / l = 1 kg / m 3 La densità dell'acqua è molto vicino a 1 kg/l . Questo non è un caso perché risulta dai primi tentativi di definire il chilogrammo come la massa di un litro d'acqua a 4 °C (temperatura alla quale la densità dell'acqua è massima); il valore esatto della densità dell'acqua a 4 °C è 0,999 972 kg/l .

Strumenti di misura

La densità di un liquido, solido o gas può essere determinata utilizzando un picnometro o un flussometro Coriolis . Per i solidi è anche possibile utilizzare una bilancia ed eseguire una pesatura in aria quindi pesare in un liquido (preferibilmente acqua), questo metodo permette una maggiore precisione. Per quanto riguarda i liquidi è possibile utilizzare un densimetro ma la misurazione non sarà precisa come durante una semplice misurazione con un contenitore standard.

Un'altra possibilità per determinare le densità di liquidi e gas è quella di utilizzare uno strumento digitale basato sul principio del tubo ad U oscillante, il densimetro elettronico , la cui frequenza risultante è proporzionale alla densità del prodotto iniettato.

Densità diverse in mezzi granulari

Densità apparente o apparente

La densità apparente è il rapporto tra la massa delle particelle e il volume apparente che include il volume del solido, quello dei pori e il volume dello spazio tra i grani. I valori riportati nelle tabelle di questo articolo sono definiti da questa densità che è più comunemente usata per i materiali in genere.

{\ displaystyle \ rho _ {\ mathrm {app}} = {\ frac {m _ {\ mathrm {mat}}} {V _ {\ mathrm {app}}}}}

Per i comuni materiali da costruzione (sabbia, ghiaia, ecc.) questa densità varia tra 1.400 e 1.600 kg/m 3 .

Densità effettiva

È il rapporto tra la massa del materiale e il volume reale dei grani (somma dei volumi elementari dei grani compreso il volume dei pori chiusi).

{\ displaystyle \ rho _ {\ mathrm {r {\ acute {e}} el}} = {\ frac {m _ {\ mathrm {mat}}} {V _ {\ mathrm {r {\ acute {e} } el }}}}}

Per i comuni aggregati tale densità varia tra 2.500 e 2.650 kg/m 3 e per il cemento varia tra 2.850 e 3.100 kg/m 3 a seconda della categoria.

Densità assoluta o materia

Questa quantità è interessante per i materiali porosi. Per accedervi è necessario macinare molto finemente il materiale e misurare la reale densità della polvere ottenuta. La densità assoluta è quindi il rapporto tra la massa del materiale e il volume effettivo da cui è stato sottratto il volume dei pori (aperti e chiusi). È uguale alla densità effettiva nel caso di materiali non porosi.

{\ displaystyle \ rho _ {\ mathrm {absolu}} = {\ frac {m _ {\ mathrm {mat}}} {V _ {\ mathrm {absolu}}}} = {\ frac {m _ {\ mathrm {mat} }} {V _ {\ mathrm {r {\ acute {e}} el}} -V _ {\ mathrm {pori}}}}}

Densità di soluzioni

La densità di una soluzione è la somma delle concentrazioni di massa (densità parziali) dei componenti della soluzione:

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

o :

m i

è la massa del componente

i

nella miscela,

V

il volume della miscela,

{\ displaystyle \ rho _ {i} = m_ {i} / V}

la concentrazione di massa del componente

i

nella miscela.

Altra espressione:

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

Relazione tra massa molare e volume molare

La densità è il rapporto tra la massa molare di una soluzione e il volume molare della soluzione:

{\ displaystyle \ rho = {\ frac {M} {\ tilde {V}}} = {\ frac {\ sum x_ {i} M_ {i}} {\ sum x_ {i} {\ bar {V}} _ {io}}}}

Per una soluzione con due componenti possiamo scrivere:

{\ displaystyle \ rho = {\ frac {x_ {1} (M_ {1} -M_ {2}) + M_ {2}} {x_ {1} ({\ bar {V}} _ {1} - { \ bar {V}} _ {2}) + {\ bar {V}} _ {2}}}}

Densità di una particella materiale

La densità è una grandezza fisica relativa ad una quantità di materia presente all'interno di uno spazio: è quindi una grandezza fisica media.

Nella fisica dei mezzi continui ( meccanica dei mezzi continui , resistenza dei materiali , meccanica dei fluidi , termica , ecc. ), la densità deve poter essere definita in qualsiasi punto situato all'interno di un corpo solido o fluido.

Una particella materiale è, appunto, all'interno di un corpo, una quantità di materia la cui densità è funzione continua delle coordinate del punto, in ogni punto che questa particella contiene. La densità di una particella materiale è quindi una grandezza fisica media che è, anche, sulla scala di un corpo, una grandezza fisica puntuale .

Influenza esterna

La densità può essere influenzata da parametri esterni. La fonte di ciò è la pressione e la temperatura di misura, in particolare per i gas. Aumentando la pressione su un oggetto diminuisce il suo volume e quindi aumenta la sua densità. La variazione con la temperatura è descritta dal coefficiente di espansione . Alcuni materiali (incluso il legno) possono assorbire l'acqua, il tasso di umidità cambia anche la densità.

Tabelle di densità di varie sostanze

Per i materiali porosi (argilla, sabbia, terra, legno), le densità indicate sono densità apparenti. Salvo diversa indicazione, le densità sono date per corpi alla temperatura di 20 °C , a pressione atmosferica normale ( 1013 hPa ).

Rocce, minerali, materiali comuni

Rocce, minerali, materiali comuni	Densità ( kg / m 3 )
ardesia	2.700-2.800
amianto	2.500
argilla	1300–1700
calcestruzzo	2.200 (armati 2.500)
calcestruzzo bituminoso detto rivestito	2350
calcare	2.000-2.800
compost	550 - 600
gesso	1.700-2.100
diamante	3 517
granito	1.800 (alterato) - 2.500
arenaria	1.600–1.900
caolino	2.260
marmo	2.650-2.750
quarzo	2.650
pomice	910
porcellana	2.500
sabbia	1600 (sec) - 2000 (saturato)
silicio	2,330
terriccio	1.250
vetro su vetro	2,530
cotone	20 - 60

Metalli e leghe

Metalli e leghe	Densità ( kg / m 3 )
acciaio	7.500 - 8.100
Acciaio super rapido HSS	8.400 - 9.000
fusione	6.800 - 7.400
alluminio	2.700
argento	10,500
berillio	1.848
bronzo	8.400 - 9.200
carbonio ( diamante )	3.508
carbonio ( grafite )	2.250
costantana	8 910
rame	8 960
duralio	2.900
stagno	7.290
ferro	7 860
iridio	22.560
ottone	7.300 - 8.800
litio	530
magnesio	1.750
mercurio	13 545
molibdeno	10.200
nichel	8.900
oro	19.300
osmio	22.610
palladio	12.000
platino	21.450
condurre	11,350
potassio	850
tantalio	16.600
titanio	4.500
tungsteno	19.300
uranio	19.100
vanadio	6.100
zinco	7.150

liquidi

liquidi	Densità ( kg / m 3 )
acetone	790
acido acetico	1.049
azoto liquido a −195 ° C	810
bromo a 0 °C	3.087
acqua a 4 °C	1000
acqua di mare	1000–1032
benzina	750
etanolo	789
etere	710
diesel	850
glicerina	1.260
elio liquido a -269 ° C	150
olio di oliva , olio di vinaccioli , olio di sesamo , e molti altri oli vegetali	920
idrogeno liquido a -252 ° C	70
ossigeno liquido a -184 ° C	1140
latte	1.030
sangue umano	1056–1066

Vedere [1] per un elenco della densità dell'olio (contiene molti oli rari ma mancano molti oli molto comuni come girasole, colza, mais, soia e arachidi)

Gas

Gas a 0 °C	Formula	Densità ( kg / m 3 o g / l )
acetilene	C 2 H 2	1.170
aria	-	1.293
aria a 20 °C	-	1.204
esafluoruro di zolfo a 20 °C	SF 6	6.164
ammoniaca	NH 3	0,77
argon	Ar	1.783
diazoto	n. 2	1.250
isobutano	C 4 H 10	2.670
butano (lineare)	C 4 H 10	2.700
diossido di carbonio	CO 2	1.804
vapore acqueo a 100 °C	H 2 O	0,597
elio	Hey	0,178
idrogeno	H 2	0,089
krypton	Kr	3.74
neon	Nato	0,90
monossido di carbonio	CO	1.250
ozono	O 3	2.14
propano	C 3 H 8	2.01
radon	Rn	9.73

Plastica, gomma

Plastica, gomma	Densità ( kg / m 3 )
PP	850 - 920
LDPE	890 - 930
HDPE	940 - 980
addominali	1.040–1.060
PS	1.040–1.060
nylon 6.6	1 120–1 160
PMA	1160–1200
PLA	1.250
PMMA , plexiglas	1180-1190
PVC flessibile (plastificato)	1190–1350
Bachelite	1350–1400
ANIMALE DOMESTICO	1380-1410
PVC rigido	1380-1410
gomma da cancellare	920-2.200

Legno

Il legno è un materiale vivo la cui densità varia secondo diversi parametri, in primis il gas e l' umidità . Il legname con una densità superiore a 1000 kg m -3 non galleggia.

Secondo la specie

Legno	Densità ( kg / m 3 )
mogano	700
balsa	140
bosso	910 - 1320
cedro	490
Castagna	560 - 700
fascino	700 - 850
Quercia	610 - 980
quercia (cuore)	1 170
compensato	440 - 880
ebano	1150
cenere	840
faggio	800
sughero	240
pioppo	390
pino	500
Platano	650
abete	450
teak	860

Secondo l'umidità

Famiglia delle essenze	Umidità sulla massa lorda ( % )	Densità ( kg / m 3 )
legno tenero ( conifere )	0	450
	20	560
	50	900
legni medi	0	550
	20	690
	50	1.100
legni duri ( decidui )	0	650
	20	810
	50	1.300

Elementi

Densità degli elementi allo stato standard , a temperatura e pressione ambiente, in g/cm 3 (gli elementi con densità maggiore di quella dell'osmio o dell'iridio hanno solo una densità calcolata/prevista e non misurata anzi, questi elementi radioattivi superpesanti sono stati prodotti in quantità troppo piccole o si sono disintegrati troppo rapidamente per consentire una misurazione):

Hey

Li
0,534

Essere
1,848

B
2.34

Do
2

NON

Nato

Na
0,971

mg
1,738

Al
2,6989

Si
2.33

P
1.82

S
2.07

K
0.89

circa
1,54

Sc
2.989

Ti
4.51

V
6

Cr
7.15

Mn
7.3

Fe
7.874

Co
8,9

Ni
8.902

Cu
8.96

Zn
7.134

Ga
5,904

Ge
5.323

Asso
5.72

Se
4.79

Fr
3.12

Rb
1.532

Sr
2.64

Y
4.469

Zr
6,52

Numero
8.57

MB
10.22

Tc
11.5

Ru
12.1

Rh
12.41

Pd
12.02

Ag
10,5

Cd
8.69

In
7.31

Sn
7.29

Sib
6.68

Te
6.23

io
4.93

Cs
1.87

Ba
3.62

Leggi
9,841

Hf
13.31

Il tuo
16.4

M
19,3

Ri
20,8

Osso
22.587

Ir
22.562

Pt
21.45

A
19.3

Hg
13.546

Tl
11.85

Pb
11.35

Bi
9.79

Po
9.2

Fr
1.87

Ra
5

Rf
23.2

Reb
29.3

Sg
35

Si
37.1

Ore
40,7

Mt
37,4

Ds
34.8

Rg
28.7

↓

Il
6.145

Questo
6.77

Pr
6.773

Nd
7.008

Pm
7.264

cm
7,52

Eu
5.244

Do
7.901

Tb
8.23

Di
8.551

Ho
8.795

Er
9.066

Tm
9.321

Yb
6.9

At
10.07

Gi
11.72

Pa
15.37

U
19.1

Np
20.25

Pu
19.816

Sono
12

cm
13.51

Bk
13.25

Cfr
15.1

Is
8,84

Densità degli elementi al loro punto di fusione in g/cm 3 :

H
0.071

Hey

Li
0,512

Essere
1.69

B
2.08

NON

Nato

Na
0,927

mg
1,584

Al
2.375

Si
2.57

S
1.819

K
0.828

circa
1,378

Sc
2.8

Ti
4.11

V
5,5

Cr
6.3

Mn
5,95

Fe
6.98

Co
7.75

Ni
7.81

Cu
8.02

Zn
6.57

Ga
6.08

Gen
5,6

Asso
5.22

Se
3.99

Rb
1.46

Sr
6.98

Y
4.24

Zr
5,8

MB
9.33

Ru
10.65

Rh
10.7

Pd
10.38

Ag
9.32

Cd
7.996

Nel
7.02

Sn
6.99

Sib
6.53

Te
5.7

Cs
1,843

Ba
3.338

Leggi
9.3

il tuo
15

L
17,6

Ri
18.9

osso
20

io
19

Pt
19.77

Alle
17.31

te
11.22

Pb
10.66

Bi
10.05

↓

Il
5.94

Questo
6.55

Pr
6.5

Nd
6.89

cm
7.16

Eu
5.13

Do
7,4

Tb
7.65

Ti
8.37

Ho
8.34

Er
8.86

Tm
8.56

Yb
6.21

questo

papà

U
17.3

Pu
16.63

Note e riferimenti

Jacques Liboid , Guida alle unità di misura: un memento per lo studente , Bruxelles/Parigi, Università De Boeck ,1999, 150 pag. ( ISBN 2-8041-2055-4 , leggi in linea ) , p. 59
Élie Lévy, Dizionario di fisica , PUF , Parigi, 1988, p. 217
International Bureau of Weights and Measures , The International System of Units (SI) , Sèvres, BIPM,2019, 9 ° ed. , 216 pag. ( ISBN 978-92-822-2272-0 , leggi online [PDF] ) , cap. 2.3.4 (“Unità derivate - Tabella 5”), p. 27.
Martin Heinisch, Risonatori meccanici per il rilevamento della viscosità dei liquidi e della densità di massa , 2015, disponibile online su theses.fr.
(en) Krüss Optronic, https://www.kruess.com/en/campus/density-measurement/what-is-digital-density-measurement/ , versione 1.0, Amburgo.
“ Linea Guida 109 per il Test dell'OCSE sulla misurazione della densità ” .
Collet Romain, Criteri di miscelabilità per miscele granulari umide , tesi presentata a gennaio 2010, p 16, disponibile qui .
Documentazione sul compostaggio
[PDF] Relazione finale del progetto: Attuazione della tecnica Bois Raméal Fragmenté (BRF) nell'agricoltura vallone , giugno 2006 , p. 17
J.-L. Fanchon, Guida meccanica - Scienze e tecnologie industriali , Nathan ,2001( ISBN 2-09-178965-8 ) , pag. 538
Proprietà fisiche di diversi acciai [ archivio di21 giugno 2013] , su OTUA
(in) David R. Lide, CRC Handbook of Chemistry and Physics , CRC Press,2009, 90 ° ed. , 2804 pag. , Copertina rigida ( ISBN 978-1-4200-9084-0 )
(in) Densità dell'acqua e peso specifico , tabella 2 e , Engineeringtoolbox.com (consultato a dicembre 2013)
Valori a pressione atmosferica secondo l'equazione internazionale di stato dell'acqua di mare 1980: Gérard Copin-Montégut , Proprietà fisiche dell'acqua di mare , Tecniche ingegneristiche ,2002( leggi in linea ) , p. 8-9
Si tratta del polistirolo nella sua forma primaria e compatta. Ma questo polimero può presentarsi in diverse forme a minore densità, tra le altre la forma espansa bianca che è la più nota al grande pubblico, che può essere fonte di confusione.
DGEMP-ADEME, " Definizioni, equivalenti energetici, metodologia per l'uso del dashboard delle statistiche sull'energia del legno " [PDF] , su nature.jardin.free.fr ,2005(consultato il 13 novembre 2013 )
(in) David R. Lide, CRC Handbook of Chemistry and Physics , CRC Press ,2009, 90 ° ed. , 2.804 pagg. , copertina rigida ( ISBN 978-1-4200-9084-0 )

Vedi anche

link esterno

esempio video di densità , densità dei liquidi, densità, densità dei materiali
Densità dell'acqua da 0 °C a 30 °C / 1 °C e da 30 °C a 100 °C / 10 °C
Densità di una particella di materia fluida o solida
Concetto di densità - livello di scuola superiore