Densité

Nous expliquons quelle est la densité, sa formule, comment la calculer, les types qui existent et donnent plusieurs exemples

Entre deux objets de volume égal, celui avec la plus grande densité est celui qui a la plus grande masse

Qu'est-ce que la densité?

La densité de masse d'une substance est le quotient entre la masse de l'échantillon et le volume qu'il occupe, étant son unité de mesure kg / m³ Dans le système international d'unités. La lettre grecque ρ (Rho) est souvent utilisée pour la désigner.

La densité d'eau, qui est un liquide universel, est de 1000 kg / m³ o 1 g / cm³ à 25 ºC, puisque la densité éprouve des changements de température et de pression.

Plusieurs fois, il y a des objets avec les mêmes dimensions, et pourtant certains sont plus légers et plus lourds, cela est dû aux différences de densité. L'objet plus léger a moins de densité que le plus lourd.

La densité est une propriété intensive de la matière, qui ne dépend pas de la quantité de masse de l'échantillon qui est examinée, car c'est la proportion de masse / volume qui reste constante pour la même substance. Cela permet de différencier une substance d'un autre.

Les matériaux ont une large gamme de densités, les mineurs sont ceux des gaz, donc l'unité kg / m³ Il est très grand et les grammes / litres ou g / l sont préférés. Les autres unités fréquemment utilisées sont les grammes / millilitres ou grammes / centimètre cube.

Le concept de densité est particulièrement utile lorsque vous travaillez avec des moyens continus tels que les liquides, que ce soit des gaz ou des liquides.

Formule de densité

Selon la définition donnée, la densité a une formule mathématique donnée par:

Où la densité est ρ, m est la masse et le volume V.

Comment la densité est-elle mesurée?

La densité d'un objet peut être calculée si sa masse et son volume sont précédemment mesurés. Ce dernier n'est pas toujours facile, car l'échantillon peut être irrégulier, mais il existe plusieurs méthodes.

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Méthode géométrique

Si l'échantillon a une forme géométrique régulière, il existe des formules qui permettent de calculer le volume en fonction de ses dimensions. Quant à la pâte, cela peut être obtenu à l'aide d'un équilibre.

Méthode d'établissement: déplacement de volume

Mesure du volume d'une clé par le volume déplacé

Si l'objet n'est pas régulier, son volume peut être déterminé en mesurant le volume déplacé lorsqu'il est complètement immergé dans un liquide comme l'eau.

Pour cela, un conteneur gradué est utilisé et rempli d'un volume exact d'eau V₁, Alors l'objet est complètement immergé et le nouveau volume V est mesuré₂. Le volume de l'objet est égal à la différence V₂ - V₁.

Pour utiliser cette méthode, la substance de l'échantillon ne doit pas être dissoute dans l'eau et vous devez avoir un conteneur gradué de la bonne taille.

Densité à travers le principe d'Archimède

Le principe d'Archimède peut être utilisé pour découvrir la densité d'un échantillon solide. Le principe indique qu'un corps partiel ou totalement submergé subit une force ascendante appelée poussée, dont l'ampleur est égale au poids du liquide déplacé lors de la plate-forme du corps.

Pour déterminer la densité d'un objet à travers le principe d'Archimède, ces étapes sont suivies:

• Étape 1

Déterminer la masse m_c de l'objet par un équilibre.

• Étape 2

Remplissez un récipient avec un liquide dont la densité est connue, qui est généralement de l'eau distillée. Cette valeur est appelée m₁.

• Étape 3

Soupherge complètement l'objet solide dans le récipient avec de l'eau, en prenant soin de ne pas toucher les murs. On observe que le fluide exerce une poussée ET Sur le solide, et à son tour, par la troisième loi de Newton, exerce une réaction d'égalité d'ampleur sur l'eau, mais dans la direction opposée.

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Pour peser l'ensemble, la valeur obtenue, appelée m₂, Ce sera celui du récipient plein avec de l'eau plus cette réaction.

• Étape 4

À partir de l'équation de la densité, le volume V du corps peut être exprimé, ce qui équivaut au volume de fluide déplacé:

Où m_c et ρ_c La masse et la densité du corps sont respectivement, tandis que m_F et ρ_c Ils sont la masse et la densité du liquide déplacé. De cette expression, la densité du corps ρ est éliminée_c:

La masse du fluide expulsé m_F C'est simplement:

m_F = m₂ −m₁

Donc:

Types de densité

Densité absolue  

C'est la densité comme défini précédemment: le quotient entre la masse et le volume de l'échantillon.

Densité relative

Appelé trop Gravité spécifique, C'est la densité d'une substance par rapport à une autre qui est prise comme référence. Pour les solides et les liquides, cette substance de référence est de l'eau à 4 ° C et 1 atm de pression et pour les gaz, il s'agit de l'air sec. Il est calculé par:

Densité relative = densité de l'eau / densité de l'eau

La densité du matériau et de l'eau doivent être mesurées dans des conditions de pression et de température identiques, et s'exprimer dans les mêmes unités.

L'image suivante montre les densités relatives de l'acier et du bois.

Car la densité de l'acier est de 7800 kg / m³ Et l'eau est de 1000 kg / m³, La densité relative de l'acier, désignée comme SG, est:

Sg = 7800/1000 = 7.8

Pour sa part, la densité relative du bois est:

sg = 500/1000 = 0.5

Objets dont la densité relative est inférieure à 1 flottant dans l'eau, tandis que ceux dont la densité relative est supérieure à 1 puits.

Densité apparente

Il est calculé par le quotient entre la masse de l'échantillon et son volume, y compris les pores et les espaces aériens:

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Densité apparente = masse / volume = (masse _particules + Masse _air )/ (Volume _particules+ Volume _air)

Exemples de densité

• Le métal le plus léger de tous est le lithium, avec une densité de 530 kg / m³
• La densité sanguine est de 1060 kg / m³
• L'osmium est le métal le plus connu, avec une densité de 22570 kg / m³
• Le plasma de quarks a une densité de 1 × 10¹⁹ kg / m³

Exercices résolus

Exercice 1

Calculez la densité du bouchon, sachant qu'un cube fait avec ce matériau, qui mesure 1.5 cm côté, a une masse de 1 g.

• Solution

Le volume d'un cube est:

V = ℓ³ = (1.5 cm)³ = 3.375 cm³

L'énoncé indique que la masse m du cube est m = 1 g, en remplacement des valeurs dans l'équation de densité:

ρ = m / v = 1g / 3.375 cm³ = 0.296 g / cm³

Exercice 2

Quelle est la masse d'une sphère faite d'osmium radio de 15 cm?

• Solution

À partir de l'équation de densité:

La pâte est effacée comme:

M = ρ ∙ v

Il est nécessaire de calculer le volume de la sphère, qui est donné par la formule:

Être r le rayon de la sphère. Car la densité de l'osmium est de 22570 kg / m³, Il est pratique d'exprimer les 15 cm en mètres:

R = 15 cm = 15 × 10⁻² m

V = (4/3) π × (15 × 10⁻² m)³ = 0.01414 M³

Cette valeur est remplacée dans la clairance de la pâte:

M = ρ ∙ v = 22570 kg / m³ × 0.01414 M³ = 319.1 kg

Les références

1. Chang, R. 2013. Chimie. 11va. Édition. McGraw Hill Education.
2. Giancoli, D.  2006. Physique: principes avec applications. 6e. Ed Prentice Hall.
3. Shipman, J. 2009. Une introduction aux sciences physiques. Douzième édition. Brooks / Cole, Cengage Editions.
4. Tippens, P. 2011. Physique: concepts et applications. 7e édition. McGraw Hill.
5. Université d'Antioquia. Densité solide. Récupéré de: enseigner.toi.Édu.co.