La Densidad

LA DENSIDAD

Es una magnitud escalar referida a la cantidad de masa contenida en un determinado volumen de una sustancia, la cual no dependen de la cantidad de sustancia o del tamaño de un sistema sino es propio de cada material o sustancia.

La densidad de expresa en unidades de masa por unidades de volumen (En sistema internacional kg/m3, g/cm3) tal como se expresa a continuación:

ρ=m/V=kg/m^3

Donde:

m: Masa (unidades de masa como lb, g, kg, entre otras).

V: Volumen (unidades de volumen como L, cm3, m3, ft3, entre otras).

ρ: Densidad (unidad de masa entre unidad de volumen como kg/m3, g/cm3, entre otras).

Ejemplo:

Un objeto pequeño y pesado, como una piedra de granito o un trozo de plomo, es más denso que un objeto grande y liviano hecho de corcho o de espuma.

Densidad Relativa:

La densidad relativa de una sustancia es la relación existente entre su densidad y la de otra sustancia de referencia; en consecuencia, es una magnitud adimensional (sin unidades)

γ=ρ/ρ_r = (kg/m^3 )/(kg/m^3 )=adimensional

Donde:

γ: Densidad relativa (adimensional)

ρ: Densidad de la sustancia (para este caso será en unidades kg/m3)

ρ_r:Densidad de referencia (para este caso será en unidades de kg/m3)

Para los líquidos y los sólidos, la densidad de referencia habitual es la del agua líquida a la presión de 1 atm y la temperatura de 4 °C. En esas condiciones, la densidad del agua es de 1000 kg/m3, mientras que para los gases, la densidad de referencia habitual es la del aire a la presión de 1 atm y la temperatura de 0 °C.

A continuación se mostrará la densidad del agua a diferentes temperaturas para dar ejemplo de la variación de la densidad de algún líquido o sólido.

Tabla N°1 Densidad del agua a diferentes temperaturas

Temperatura Densidad Temperatura Densidad

T (°C) ρ (kg/m3) T (°C) ρ (kg/m3)

1 999,93 20 998,23

2 999,97 21 992,02

3 999,99 22 997,80

4 1000,0 23 997,57

5 999,99 24 997,53

6 999,97 25 997,07

7 999,93 26 996,81

8 999,88 27 996,54

9 999,81 28 996,26

10 999,73 29 995,97

11 999,63 30 995,68

12 999,52 40 992,24

13 999,40 50 998,07

14 999,27 60 983,24

15 999,13 70 977,81

16 998,97 80 971,83

17 998,80 90 965,34

18 998,62 100 958,38

19 998,43

Fuente: Rodríguez, A “Fundamentos del agua”

http://catarina.udlap.mx/u_dl_a/tales/documentos/lic/ponce_o_e/capitulo2.pdf

Gráfico N°1 Comportamiento de la densidad del agua a diferentes temperaturas

El efecto de la temperatura y la presión en los sólidos y líquidos es muy pequeño, en el caso del agua la mayoría de las veces se aproxima su densidad a 1000kg/m3.

Por otro lado, la densidad de los gases es fuertemente afectada por la presión y la temperatura. La ley de los gases ideales describe matemáticamente la relación entre estas magnitudes:

ρ=(P*PM)/(R*T)

Donde:

P: Presión del gas (atm)

PM: Peso molecular del gas (g/mol)

R: Constante universal de los gases (0.08206 atm*L/mol*K)

T: Temperatura absoluta (K)

A continuación se mostrará la densidad del aire a deferentes temperaturas, encontrándose a una presión de 1 atm, para dar ejemplo a la variación de la densidad de diferentes gases.

Tabla N° 2 Densidad del aire a diferentes temperaturas encontrándose a una presión de 1 atm

Temperatura Densidad Temperatura Densidad

T (°C) (kg/m3) T (°C) (kg/m3)

1 1,283 20 1,199

2 1,278 21 1,195

3 1,273 22 1,191

4 1,269 23 1,187

5 1,264 24 1,183

6 1,260 25 1,179

7 1,255 26 1,175

8 1,251 27 1,172

9 1,246 28 1,168

10 1,242 29 1,164

11 1,238 30 1,160

12 1,233 40 1,123

13 1,229 50 1,088

14 1,225 60 1,055

15 1,220 70 1,025

16 1,216 80 0,996

17 1,212 90 0,968

18 1,208 100 0,942

19 1,204

Fuente: Liendo O.; Pérez D. “Densidad del aire a diferentes temperaturas encontrándose a una presión de 1 atm”

Gráfico N°2 Comportamiento de la densidad del aire a diferentes temperaturas encontrándose a una presión de 1 atm

Medición de la densidad

La densidad puede obtenerse de forma indirecta y de forma directa. Para la obtención indirecta de la densidad, se miden la masa y el volumen por separado y posteriormente se calcula la densidad.

La masa se mide habitualmente con una balanza, mientras que el volumen puede medirse determinando la forma del objeto y midiendo las dimensiones apropiadas o mediante el desplazamiento de un líquido, entre otros métodos.

La medición directa se realiza a partir de instrumentos, los cuales son:

El densímetro, que permite la medida directa de la densidad de un líquido

El picnómetro, que permite la medida precisa de la densidad de sólidos, líquidos y gases (picnómetro de gas).

La balanza hidrostática, que permite calcular densidades de sólidos.

La balanza de Mohr (variante de balanza hidrostática), que

...