Densidad

Densidad
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:

.

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

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 .  

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:

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:

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

La densidad de un cuerpo en un punto se escribe como

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

El caso de los cuerpos sueltos y porosos

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

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.

Densidades de objetos astronómicos

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

,

dónde:

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:

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

Véase también

Notas

  1. 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).
  2. 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.
  3. Hoja de datos planetarios Archivado el 14 de marzo de 2016.  (Inglés)
  4. Hoja de datos de Sun Archivado el 15 de julio de 2010 en Wayback Machine . 
  5. 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 .
  6. 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.
  7. Krebs, 2006 , pág. 158.
  8. Krebs, 2006 , pág. 136.
  9. Krebs, 2006 , pág. 96.
  10. Krebs, 2006 , pág. 160.
  11. Krebs, 2006 , pág. 138.
  12. Krebs, 2006 , pág. 198.
  13. Krebs, 2006 , pág. 319.
  14. 12 Krebs , 2006 , pág. 165.
  15. Krebs, 2006 , pág. 179.
  16. Krebs, 2006 , pág. 163.
  17. Krebs, 2006 , pág. 141.
  18. Krebs, 2006 , pág. 67.
  19. Krebs, 2006 , pág. 108.
  20. Krebs, 2006 , pág. 57.
  21. Krebs, 2006 , pág. 313.
  22. Krebs, 2006 , pág. 105.
  23. Krebs, 2006 , pág. cincuenta.
  24. Krebs, 2006 , pág. 151.
  25. Krebs, 2006 , pág. 111.
  26. Krebs, 2006 , pág. 60
  27. Krebs, 2006 , pág. 168.
  28. Krebs, 2006 , pág. 101.
  29. Krebs, 2006 , pág. 54.
  30. Krebs, 2006 , pág. 134.
  31. Krebs, 2006 , pág. 98.
  32. Krebs, 2006 , pág. 47.

Literatura

Enlaces