La masse volumique est une quantité intensive de matière en physique et en chimie qui exprime la quantité de masse de cette matière présente dans un volume donné. Cette propriété physique de la matière est indiquée par la lettre grecque .
Pour calculer la masse volumique, cette formule est utilisée :
Où,
m est la masse
V est le volume
Dans le système SI, la masse volumique est exprimée en kilogrammes par mètre cube (kg / m3), mais l'unité la plus ancienne (du système cgs) en grammes par centimètre cube (g / cm3) ou en kilogrammes par décimètre cube est également utilisée.
Pour calculer le volume d'un objet, on peut recourir au bain d'immersion réalisé par Archimède . Il s'agit d'immerger l'objet dans un récipient dont la section a une surface facile à calculer et de multiplier la surface par la différence de hauteur de la surface de l'eau.
La densité de l'eau distillée à une pression de 1 atm et à une température de 4°C est de 1000 kilogrammes par mètre cube (kg/m³), soit 1 kg par litre.
Comment la pression et la température affectent-elles la masse volumique ?
La masse volumique d'une substance est généralement calculée à une certaine température et pression car elle dépend de la taille de ces quantités intensives.
Pour la plupart des substances, le volume augmente linéairement avec l'augmentation de la température. Cette dépendance à la température de la masse volumique est exprimée dans le coefficient de dilatation d'une substance.
L'eau, entre autres, fait exception à cette règle. Surtout à des températures plus basses, le coefficient de dilatation de l'eau montre un comportement déviant : vers 4°C le coefficient de dilatation de l'eau a un minimum.
Le rapport masse/volume d'une substance augmente généralement de manière linéaire à des pressions hydrostatiques plus élevées. Cette compressibilité s'exprime dans le module de compression. Le module de compression est étroitement lié à l'élasticité d'un matériau, qui s'exprime dans le module d'élasticité.
Comment la masse volumique varie-t-elle entre les gaz, les liquides et les solides ?
La masse volumique d'une substance diffère selon l'état d'agrégation dans des conditions standard. En général, la densité d'une substance dans la phase solide est plus élevée que dans la phase liquide.
En revanche, celle des gaz est bien inférieure à celle des liquides et solides dans des conditions standards.
Des gaz
Un gaz se comporte généralement comme un gaz parfait à moins que la pression ne soit très élevée ou que la température soit bien inférieure à la température critique du gaz. Pour un gaz parfait, la masse volumique peut être calculée à l'aide de la formule suivante :
où:
M est la masse molaire.
P est la pression.
R est la constante du gaz.
T est la température absolue.
Liquides et solides
Les solides à structure cristalline ouverte ont une densité relativement plus faible que les solides à structure cristalline dense, tels que les métaux et les alliages.
En fondant, l'ordre de la structure cristalline du solide est perdu et les liaisons dans le cristal sont rompues. En conséquence, la distance moyenne entre les atomes ou les molécules augmente de sorte que la plupart des substances se dilatent pendant la fusion. Par conséquent, la densité d'une substance diminue généralement pendant la fusion.
Types de masse volumique
Masse volumique absolue : exprime la relation entre la masse et le volume d'une substance.
Masse volumique relative : c'est le rapport entre la densité d'une substance et celle d'une autre substance de référence et n'a pas d'unité. L'eau est généralement la substance de référence pour les solides et les liquides ; pour les gaz, l'air.
Masse volumique apparente : elle est appliquée dans des matériaux de constitution hétérogène. Par exemple, les matériaux poreux contiennent des interstices d'air ou d'autres substances. Par conséquent, ces matériaux ont une densité plus faible que si le matériau est compacté.
