Densitat

De Viquipèdia
(S'ha redirigit des de: Densitat (física))
Salta a la navegació Salta a la cerca
Per a altres significats, vegeu «Densitat (desambiguació)».
Infotaula de magnitud físicaDensitat
Flotabilitat.svg
El fenomen de la flotabilitat s'explica per la diferència de densitats entre l'objecte i el líquid en el qual aquest està submergit.
Tipus propietat física intensiva, propietat mecànica dels materials i measured quantity Tradueix
Símbol d
Anàlisi dimensional L-3
Unitat del SI kg·m-3
Intensiva
Fórmula
Modifica les dades a Wikidata

En física i química, la densitat (símbol d, la lletra grega ro) és una magnitud escalar que indica la massa per unitat de volum d'una substància.[1] La densitat és directament proporcional al valor de la massa i inversament proporcional al volum del cos. Matemàticament s'expressa com la massa dividida pel volum:

La unitat de mesura en el Sistema Internacional és el quilogram dividit per metre cúbic (kg/m3), encara que per motius històrics i pràctics, de vegades es mesura en gram dividit per centímetre cúbic (g/cm3).[1]

Per una substància pura, la densitat té el mateix valor numèric que la seva concentració màssica. Diferents materials normalment tenen diferents densitats, les quals poden ser importants pel que fa a la seva flotabilitat, puresa i embalatge. L'osmi i l'iridi són els elements químics més densos coneguts en condicions estàndard de pressió i temperatura.

Per simplificar la comparació de densitats entre diferents sistemes d'unitats, de vegades la densitat se substitueix per la quantitat adimensional anomenada densitat relativa, la qual és la proporció entre la densitat d'un material respecte la d'un material pres com a referència (normalment l'aigua).[2] En el cas de l'aigua, per exemple, una densitat relativa inferior a la unitat significa que la substància en qüestió flota en aigua. Matemàticament la densitat relativa s'expressa així:

La densitat d'un material varia amb la temperatura i la pressió. Aquesta variació normalment és petita per a sòlids i líquids però molt més important per gasos. L'increment de pressió sobre un objecte fa decréixer el seu volum i, per tant, incrementar la seva densitat. L'increment de temperatura d'una substància (amb algunes excepcions) redueix la seva densitat, ja que n'incrementa el volum. En la majoria de materials, l'escalfament de la part inferior d'un fluid causa el fenomen de la convecció de la calor de baix cap amunt a causa de la disminució de la densitat del fluid escalfat.

La magnitud recíproca de la densitat d'una substància s'anomena volum específic, el qual és molt utilitzat en termodinàmica. La densitat és una propietat intensiva, ja que no depèn de la quantitat de substància.

Densitat d'un punt D d'un medi continu[modifica]

La densitat en un medi continu és una magnitud escalar no fonamental definida en cada punt material. Sigui D un punt material d'un medi continu. Sigui una successió de volums materials de volum Vi (decreixents) i de massa mi, tals que tots continguin el punt D en el seu interior. S'anomena densitat del punt D al límit de la successió dels quocients quan Vi tendeix a 0:

Canvis de densitat[modifica]

Articles principals: Compressibilitat i Dilatació tèrmica

En general, la densitat es pot canviar variant o bé la pressió o bé la temperatura. Un augment de la pressió sempre augmenta la densitat d'un material. L'increment de la temperatura generalment fa disminuir la densitat, encara que existeixen excepcions notables a aquesta generalització: per exemple, la densitat de l'aigua augmenta entre el seu punt de fusió a 0 °C i els 4 °C, i es pot observar un comportament similar en la silicia a temperatures baixes.

L'efecte de la pressió i la temperatura sobre les densitats de líquids i sòlids és petit. La compressibilitat d'un líquid o sòlid sol estar al voltant dels 10−6 bar−1 (1 bar = 0.1 MDa) i la dilatació tèrmica al voltant dels 10−5 K−1. Això significa que, més o menys, es necessita deu mil vegades la pressió atmosfèrica per disminuir el volum d'una substància en un u per cent. Una expansió de volum d'un u per cent sol requerir un increment de temperatura de l'ordre de milers de graus Celsius.

En canvi, la densitat dels gasos es veu fortament afectada per la pressió. La densitat d'un gas ideal és:

On M és la massa molar, P és la pressió, R és la constant dels gasos i T és la temperatura absoluta. Això significa que la densitat d'un gas ideal pot ser doblada doblant la pressió o reduint la temperatura absoluta a la meitat.

En el cas de la dilatació tèrmica volúmica a pressió constant i per a petits intervals de temperatura, la densitat varia de la següent manera:

On és la densitat a una temperatura de referència i és el coeficient de dilatació tèrmica del material a temperatures properes a .

Densitat d'una solució[modifica]

La densitat d'una solució química és la suma de les concentracions màssiques dels components de la solució:

Si l'equació anterior s'expressa com una funció de les densitats dels components purs de la mescla i la seva fracció volumètrica, queda de la següent manera (sempre que no hi hagi interacció entre els components):

Llista de densitats[modifica]

Aigua[modifica]

Densitat de l'aigua líquida a una pressió d'1 atm
Temp (°C)[nota 1] Densitat (kg/m3)
100 958,4
80 971,8
60 983,2
40 992,2
30 995,6502
25 997,0479
22 997,7735
20 998,2071
15 999,1026
10 999,7026
4 999,9720
0 999,8395
−10 998,117
−20 993,547
−30 983,854
Notes:
  1. Els valors per sota de 0 °C es refereixen a aigua subfusionada.

Aire[modifica]

Article principal: Densitat de l'aire
Densitat de l'aire a una pressió d'1 atm
T (°C) d(kg/m3)
−25 1,423
−20 1,395
−15 1,368
−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 1,164
35 1,146


Diversos materials mami:[modifica]


Altres[modifica]

Entitat ρ (kg/m3) Notes
Medi interestel·lar 1×10−19
Assumint 90% H, 10% He; T variable
La Terra 5.515 Densitat mitjana.[3]
Nucli intern de la Terra 13.000 Aprox.[4]
Nucli del Sol 33.000–160.000 Aprox.[5]
Forat negre supermassiu 9×105
Densitat d'un forat negre de 4,5 milions vegades la massa solar.
El radi d'horitzó d'esdeveniments és de 13,5 milions de km.
Nana blanca 2,1×109
Aprox.[6]
Nucli atòmic 2,3×1017
No depèn gaire de la mida del nucli.[7]
Estrella neutrònica 1×1018
Forat negre de massa estel·lar 1×1018
Densitat d'un forat negre de quatre masses solars
El radi d'horitzó d'esdeveniments és de 12 km.


Vegeu també[modifica]

Referències[modifica]

A Wikimedia Commons hi ha contingut multimèdia relatiu a: Densitat Modifica l'enllaç a Wikidata
  1. 1,0 1,1 «densitat». L'Enciclopèdia.cat. Barcelona: Grup Enciclopèdia Catalana.
  2. «densitat relativa». L'Enciclopèdia.cat. Barcelona: Grup Enciclopèdia Catalana.
  3. Density of the Earth. wolframalpha.com. 
  4. Density of Earth's core. wolframalpha.com. 
  5. Density of the Sun's core. wolframalpha.com. 
  6. Extreme Stars: White Dwarfs & Neutron Stars, Jennifer Johnson, lecture notes, Astronomy 162, Ohio State University.
  7. Nuclear Size and Density, HyperPhysics, Georgia State University.