Densidad

Densidad
${\ estilo de visualización \ rho = {\ frac {M} {V}}}$
Dimensión	L −3 METRO
Unidades
SI	kg/m³
SGA	g/cm³
notas
escalar

La densidad es una cantidad física escalar , definida como la relación entre la masa de un cuerpo y el volumen ocupado por este cuerpo, o como una derivada de la masa con respecto al volumen:

\rho ={\frac {M}{V)),\qquad \rho ={\frac {dm}{dV))

Estas expresiones no son equivalentes y la elección depende de qué densidad se esté considerando. Diferir de:

La densidad media de un cuerpo es la relación entre la masa de un cuerpo y su volumen . En el caso homogéneo, se llama simplemente la densidad del cuerpo (o la densidad de la sustancia de la que se compone este cuerpo); ${\ estilo de visualización M/V}$
la densidad de un cuerpo en un punto es el límite de la relación entre la masa de una pequeña parte del cuerpo ( ), que contiene ese punto, y el volumen de esta pequeña parte ( ), cuando el volumen tiende a cero [1] , o, brevemente, . Dado que a nivel atómico cualquier cuerpo es heterogéneo, al pasar al límite, es necesario detenerse en el volumen correspondiente al modelo físico utilizado . $\Delta m$ ${\ estilo de visualización \ Delta V}$ ${\displaystyle \lim _{\Delta V\to 0}{\Delta m/\Delta V))$

Para una masa puntual , la densidad es infinita. Matemáticamente, se puede definir como una medida o como un derivado de Radon - Nikodim con respecto a alguna medida de referencia.

Se suele utilizar la letra griega ( rho ) para indicar densidad (hay que precisar el origen de la designación), a veces se utilizan las letras latinas D y d (del latín densitas "densidad"). Basado en la definición de densidad, su dimensión es kg/m³ en SI y g/cm³ en el sistema CGS . $\rho$

El concepto de "densidad" en física puede tener una interpretación más amplia. Hay densidad superficial (relación entre masa y área ) y densidad lineal (relación entre masa y longitud) aplicadas respectivamente a objetos planos (bidimensionales) y alargados (unidimensionales). Además, hablan no solo de la densidad de masa, sino también de la densidad de otras cantidades, como la energía, la carga eléctrica. En tales casos, se agregan palabras específicas al término "densidad", digamos " densidad de carga lineal ". Densidad "predeterminada" significa la densidad de masa anterior (tridimensional, kg/m³).

Fórmula de densidad

La densidad (densidad de un cuerpo homogéneo o densidad promedio de un cuerpo no homogéneo) se encuentra mediante la fórmula:

{\ estilo de visualización \ rho = {\ frac {M} {V}},}

donde M es la masa del cuerpo, V es su volumen; la fórmula es simplemente una representación matemática de la definición del término "densidad" dada anteriormente.

Al calcular la densidad de los gases en condiciones estándar, esta fórmula también se puede escribir como:

\rho ={\frac{M_{mol}}{V_{mol}}},

donde es la masa molar del gas, es el volumen molar (en condiciones estándar, aproximadamente igual a 22,4 l/mol). $M_{mol}$ $V_{mol}$

La densidad de un cuerpo en un punto se escribe como

\rho ={\frac{dm}{dV}},

entonces la masa de un cuerpo no homogéneo (un cuerpo con una densidad dependiente de las coordenadas) se calcula como

M=\int \rho (\mathbf {r} )d^{3}\mathbf {r} =\int \rho (\mathbf {r} )dV=\int dm.

El caso de los cuerpos sueltos y porosos

En el caso de cuerpos sueltos y porosos, se hace una distinción entre

densidad real, determinada sin tener en cuenta los vacíos;
densidad aparente , calculada como la relación entre la masa de una sustancia y el volumen total que ocupa.

La densidad real del volumen (aparente) se obtiene utilizando el valor del coeficiente de porosidad, la fracción del volumen de vacíos en el volumen ocupado.

Densidad versus temperatura

Por regla general, a medida que la temperatura desciende, la densidad aumenta, aunque existen sustancias cuya densidad se comporta de manera diferente en un determinado rango de temperatura, por ejemplo, el agua , el bronce y el hierro fundido . Así, la densidad del agua tiene un valor máximo a 4 °C y disminuye tanto con un aumento como con una disminución de la temperatura con respecto a este valor.

Cuando cambia el estado de agregación, la densidad de una sustancia cambia abruptamente: la densidad aumenta durante la transición de un estado gaseoso a un estado líquido y cuando un líquido se solidifica. El agua , el silicio , el bismuto y algunas otras sustancias son excepciones a esta regla, ya que su densidad disminuye a medida que se solidifican.

Rango de densidad en la naturaleza

Para varios objetos naturales, la densidad varía en un rango muy amplio.

El medio intergaláctico tiene la densidad más baja (2·10 −31 -5·10 −31 kg/m³, excluyendo la materia oscura ) [2] .
La densidad del medio interestelar es aproximadamente igual a 10 −23 -10 −21 kg/m³.
La densidad promedio de las gigantes rojas dentro de sus fotosferas es mucho menor que la del Sol, debido al hecho de que su radio es cientos de veces mayor con una masa comparable.
La densidad del gas hidrógeno (el gas más ligero) en condiciones estándar es de 0,0899 kg/m³.
La densidad del aire seco en condiciones estándar es de 1,293 kg/m³.
Uno de los gases más pesados, el hexafluoruro de tungsteno , es unas 10 veces más pesado que el aire (12,9 kg/m³ a +20 °C)
El hidrógeno líquido a presión atmosférica y una temperatura de −253 °C tiene una densidad de 70 kg/m³.
La densidad del helio líquido a presión atmosférica es de 130 kg/m³.
La densidad media del cuerpo humano es de 940-990 kg/m³ con una respiración completa, hasta 1010-1070 kg/m³ con una exhalación completa.
Densidad del agua dulce a 4 °C 1000 kg/m³.
La densidad media del Sol dentro de la fotosfera es de unos 1410 kg/m³, unas 1,4 veces mayor que la densidad del agua.
El granito tiene una densidad de 2600 kg/m³.
La densidad media de la Tierra es de 5520 kg/m³.
La densidad del hierro es 7874 kg/m³.
La densidad del uranio metálico es de 19100 kg/m³.
La densidad del oro es 19320 kg/m³.
La densidad del neptunio , el actínido más denso , es de 20200 kg/m³.
Las sustancias más densas en condiciones estándar son los metales del grupo del platino del sexto período ( osmio , iridio , platino ), así como el renio . Tienen una densidad de 21000-22700 kg/m³.
La densidad de los núcleos atómicos es de aproximadamente 2·10 17 kg/m³.
Teóricamente, el límite superior de densidad según la moderna[ ¿cuándo? ] a representaciones físicas, esta es la densidad de Planck 5.1⋅10 96 kg/m³.

Densidades de objetos astronómicos

Densidad media de los cuerpos celestes del
sistema solar (en g/cm³) [3] [4] [5]

Consulte el recuadro para conocer las densidades promedio de los cuerpos celestes en el Sistema Solar.
El medio interplanetario en el sistema solar es bastante heterogéneo y puede cambiar con el tiempo, su densidad en la vecindad de la Tierra es de ~10 −21 ÷ 10 −20 kg/m³.
La densidad del medio interestelar es ~10 −23 ÷ 10 −21 kg/m³.
La densidad del medio intergaláctico es 2×10 −34 ÷ 5×10 −34 kg/m³.
La densidad media de las gigantes rojas es muchos órdenes de magnitud menor debido al hecho de que su radio es cientos de veces mayor que el del Sol.
Densidad de enanas blancas 10 8 ÷10 12 kg/m³
La densidad de las estrellas de neutrones es del orden de 10 17 ÷ 10 18 kg/m³.
La densidad promedio (por volumen bajo el horizonte de eventos ) de un agujero negro depende de su masa y se expresa mediante la fórmula:

\rho ={\frac {3\,c^{6}}{32\pi M^{2}G^{3}}}.

La densidad promedio cae inversamente proporcional al cuadrado de la masa del agujero negro (ρ~M −2 ). Entonces, si un agujero negro con una masa del orden del sol tiene una densidad de alrededor de 10 19 kg/m³, superando la densidad nuclear (2 × 10 17 kg/m³), entonces un agujero negro supermasivo con una masa de 10 9 masas solares (se supone la existencia de tales agujeros negros en los quásares ) tiene una densidad media de unos 20 kg/m³, que es significativamente menor que la densidad del agua (1000 kg/m³).

Densidades de algunos gases

Densidad de los gases , kg/m³ en NU .

Nitrógeno	1,250	Oxígeno	1.429
Amoníaco	0.771	Criptón	3.743
Argón	1.784	Xenón	5,851
Hidrógeno	0.090	Metano	0.717
Vapor de agua (100 °C)	0.598	Neón	0.900
Aire	1.293	Radón	9.81
hexafluoruro de tungsteno	12.9	Dióxido de carbono	1.977
Helio	0.178	Cloro	3.164
Diziano	2.38	Etileno	1.260

Para calcular la densidad de un gas ideal arbitrario en condiciones arbitrarias, puede utilizar la fórmula derivada de la ecuación de estado del gas ideal : [6]

\rho ={\frac {pM_{mol}}{RT}}

dónde:

$pags$ - presión ,
$M_{mol}$ - masa molar ,
$R$ - constante universal de los gases , igual a aproximadamente 8,314 J / (mol K)
$T$ es la temperatura termodinámica .

Densidades de algunos líquidos

Densidad de los líquidos , kg/m³

Gasolina	710	Leche	1040
Agua (4°C)	1000	Mercurio (0 °C)	13600
Queroseno	820	éter dietílico	714
Glicerol	1260	etanol	789
Agua de mar	1030	Trementina	860
Aceite de oliva	920	Acetona	792
Aceite de motor	910	Ácido sulfurico	1835
Aceite	550-1050	Hidrógeno líquido (−253 °C)	70

Densidad de algunos tipos de madera

Densidad de la madera , g/cm³

Balsa	0.15	abeto siberiano	0.39
Secuoya de hoja perenne	0.41	Abeto	0,45
Sauce	0.46	Aliso	0.49
Álamo temblón	0.51	Pino	0.52
Tilo	0,53	castaño de Indias	0,56
castaño comestible	0.59	Ciprés	0,60
pájaro cereza	0,61	Color avellana	0,63
Nuez	0,64	Abedul	0,65
Cereza	0,66	olmo liso	0,66
Alerce	0,66	arce de campo	0,67
Teca	0,67	Haya	0,68
Pera	0,69	Roble	0,69
Svitenii ( caoba )	0.70	Sicomoro	0.70
Joster ( espino cerval )	0.71	Tejo	0.75
Ceniza	0.75	Ciruela	0.80
Lila	0.80	Espino	0.80
Pacana (carya)	0.83	Sándalo	0.90
boj	0,96	Ébano	1.08
Quebracho	1.21	Palo santo	1.28
corcho	0.20

Densidad de algunos metales

Los valores de la densidad de los metales pueden variar en un rango muy amplio: desde el valor más bajo para el litio, que es más liviano que el agua, hasta el valor más alto para el osmio, que es más pesado que el oro y el platino.

Densidad de los metales , kg/m³

Osmio	22610 [7]	Rodio	12410 [8]	Cromo	7190 [9]
iridio	22560 [10]	Paladio	12020 [11]	Germanio	5320 [12]
Plutonio	19840 [13]	Guiar	11350 [14]	Aluminio	2700 [15]
Platino	19590 [16]	Plata	10500 [17]	Berilio	1850 [18]
Oro	19300 [14]	Níquel	8910 [19]	Rubidio	1530 [20]
Urano	19050 [21]	Cobalto	8860 [22]	Sodio	970 [23]
tantalio	16650 [24]	Cobre	8940 [25]	Cesio	1840 [26]
Mercurio	13530 [27]	Hierro	7870 [28]	Potasio	860 [29]
Rutenio	12450 [30]	Manganeso	7440 [31]	Litio	530 [32]

Medida de densidad

Para las medidas de densidad se utilizan:

Picnómetro : un dispositivo para medir la densidad real
Varios tipos de hidrómetros son medidores de densidad de líquidos.
Burik Kachinsky y taladro Zaidelman : dispositivos para medir la densidad del suelo.
El medidor de densidad de vibración es un dispositivo para medir la densidad de líquidos y gases bajo presión.
Método de pesaje hidrostático .

La osteodensitometría es un procedimiento para medir la densidad del tejido óseo humano.

Véase también

Lista de elementos químicos con su densidad .
Gravedad específica
Gravedad específica
Densidad relativa
Densidad a Granel
Condensación
Consistencia ( lat. consistentere - consist) - el estado de una sustancia, el grado de suavidad o densidad ( dureza ) de algo - sustancias semisólidas-semiblandas (aceites, jabones, pinturas, morteros, etc.); por ejemplo, la glicerina tiene una consistencia de jarabe.
Consistómetro : un dispositivo para medir en unidades físicas arbitrarias la consistencia de diversas sustancias coloidales y gelatinosas , así como suspensiones y medios de dispersión gruesa , por ejemplo, pastas , linimentos , geles , cremas , ungüentos .
concentración de partículas
concentración de la solución
cargar densidad
Ecuación de continuidad

Notas

↑ También se entiende que el área se encoge hasta un punto, es decir, no solo su volumen tiende a cero (lo que podría ocurrir no solo cuando el área se encoge hasta un punto, sino, por ejemplo, hasta un segmento), sino también su el diámetro tiende a cero (dimensión lineal máxima).
↑ Agekyan T. A. . La expansión del universo. Maqueta del Universo // Estrellas, galaxias, Metagalaxia. 3ra ed. / Ed. A. B. Vasil'eva. — M .: Nauka , 1982. — 416 p. - art. 249.
↑ Hoja de datos planetarios Archivado el 14 de marzo de 2016. (Inglés)
↑ Hoja de datos de Sun Archivado el 15 de julio de 2010 en Wayback Machine .
↑ Stern, SA, et al. El sistema de Plutón: resultados iniciales de su exploración por New Horizons (inglés) // Science: revista. - 2015. - Vol. 350 , núm. 6258 . - pág. 249-352 . -doi : 10.1126 / ciencia.aad1815 .
↑ MECÁNICA. FÍSICA MOLECULAR. Ayuda didáctica para trabajo de laboratorio No. 1-51, 1-61, 1-71, 1-72 . Universidad Estatal Tecnológica de Polímeros Vegetales de San Petersburgo (2014). Consultado el 4 de enero de 2019. Archivado desde el original el 23 de noviembre de 2018. (indefinido)
↑ Krebs, 2006 , pág. 158.
↑ Krebs, 2006 , pág. 136.
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↑ 12 Krebs , 2006 , pág. 165.
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↑ Krebs, 2006 , pág. 151.
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↑ Krebs, 2006 , pág. 101.
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↑ Krebs, 2006 , pág. 98.
↑ Krebs, 2006 , pág. 47.

Literatura

Densidad : artículo de la Gran Enciclopedia Soviética . - M .: "Enciclopedia soviética", 1975. - T. 20. - S. 49.
Densidad - Artículo de la Enciclopedia de Física . T. 3, S. 637.
Krebs RE La historia y el uso de los elementos químicos de nuestra tierra: una guía de referencia. 2ª edición . - Westport : Greenwood Publishing Group , 2006. - xxv + 422 p. - ISBN 0-313-33438-2 .

Enlaces

Tabla de densidad interactiva en línea Archivado el 29 de abril de 2011 en Wayback Machine (ruso)
Tabla detallada de valores de densidad para líquidos comunes Archivado el 5 de octubre de 2016 en Wayback Machine (ruso)
Lección sobre el tema "Densidad de la materia" . Archivado el 30 de enero de 2022 en Wayback Machine .

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