La densitat és una quantitat intensiva de la matèria en física i química que expressa quanta massa daquest material està present en un volum donat. Aquesta propietat física de la matèria sindica amb la lletra grega ρ.
Per calcular la densitat es fa servir aquesta fórmula:
On,
m es la masa
V es el volumen
Al sistema SI, la densitat s'expressa en quilograms per metre cúbic (kg/m3 ), però també s'usa la unitat més antiga (del sistema cgs) grams per centímetre cúbic (g/cm3 ) o quilograms per decímetre cúbic.
Per calcular el volum d'un objecte es pot recórrer al bany d'immersió que va fer Arquimedes. Es tracta de submergir lobjecte en un recipient amb una secció que tingui una àrea fàcil de calcular i multiplicar làrea per la diferència dalçada de la superfície de laigua.
La densitat de l'aigua destil·lada a la pressió d'1 atm i la temperatura de 4 °C és de 1000 quilograms per metre cúbic (kg/m³), és a dir, 1 kg per litre.
Com afecta la pressió i la temperatura a la densitat?
La densitat d'una substància se sol tabular a una temperatura i pressió determinada perquè depèn de la grandària d'aquestes quantitats intensives.
Per a la majoria de substàncies, el volum augmenta linealment en augmentar la temperatura. Aquesta dependència de la temperatura de la densitat s'expressa al coeficient d'expansió d'una substància.
L'aigua, entre d'altres, és una excepció a aquesta regla. Especialment a temperatures més baixes, el coeficient d'expansió de l'aigua mostra un comportament desviat: al voltant de 4 °C el coeficient d'expansió de l'aigua té un mínim.
La relació entre massa i volum duna substància generalment augmenta linealment a pressions hidrostàtiques més altes. Aquesta compressibilitat s'expressa al mòdul de compressió. El mòdul de compressió està estretament relacionat amb l'elasticitat d'un material que s'expressa al mòdul elàstic.
Com varia la densitat entre gasos, líquids i sòlids?
La densitat d'una substància difereix segons l'estat d'agregació en condicions estàndard. En general, la densitat d'una substància a la fase sòlida és més gran que a la fase líquida.
En canvi, la dels gasos és molt menor que la dels líquids i els sòlids en condicions estàndard.
Gasos
Un gas generalment es comporta com un gas ideal tret que la pressió sigui molt alta o la temperatura estigui molt per sota de la temperatura crítica del gas. Per a un gas ideal, la densitat es pot calcular mitjançant la fórmula següent:
on:
M es la masa molar.
P és la pressió.
R es la constante del gas.
T es la temperatura absoluta.
Líquids i sòlids
Els sòlids amb estructura cristal·lina oberta tenen una densitat relativament baixa que els sòlids amb una estructura cristal·lina densa, com els metalls i els aliatges.
En fondre's, es perd l'ordre de l'estructura cristal·lina del sòlid i es trenquen els enllaços del vidre. Com a resultat, la distància mitjana entre àtoms o molècules augmenta de manera que la majoria de substàncies s'expandeixen durant la fusió. Per tant, la densitat duna substància sol disminuir durant la fusió.
Tipus de densitat
Densitat absoluta: expressa la relació que hi ha entre la massa i el volum d'una substància.
Densitat relativa: és la proporció entre la densitat duna substància i la duna altra substància de referència i no té unitats. Habitualment, l'aigua és la substància de referència per a sòlids i líquids; per als gasos, aire.
Densitat aparent: s'aplica a materials que tenen una constitució heterogènia. Per exemple, els materials porosos contenen intersticis d'aire o altres substàncies a l'interior. Per tant, aquests materials tenen una menor densitat que si el material està compactat.
Densitat de població o població relativa: es refereix al nombre d'habitants de mitjana per quilòmetre quadrat d'un país, regió, àrea urbana o rural en relació amb una unitat de superfície donada del territori on es troba.
