Définition
Masse volumique
La masse volumique d'une substance est définie comme sa masse par unité de volume. Elle est généralement exprimée en kilogrammes par mètre cube (kg/m³) ou grammes par centimètre cube (g/cm³).
Densité
La densité est un rapport entre la masse volumique d'une substance donnée et la masse volumique d'une substance de référence, généralement l'eau pour les liquides et solides, et l'air pour les gaz.
La mesure de la densité
La densité d'une substance est une grandeur sans dimension qui informe sur la compacité relative d'un matériau comparé à une substance de référence. Pour mesurer la densité d'un liquide, on utilise souvent un hydromètre ou un pycnomètre. Pour les solides, elle peut être déterminée par immersion dans un liquide ou par calcul à partir de la masse et du volume mesurés.
Applications de la densité
La densité est une caractéristique physique essentielle dans de nombreuses applications en science des matériaux, géologie, et ingénierie. Par exemple, elle permet d'identifier des substances, de purifier des mélanges par décantation centrifuge, et de déterminer les ressources minérales. En chimie, elle aide à différencier les isomères et à prédire les comportements de solubilité. En physique, la densité influence les propriétés optiques et acoustiques des matériaux.
Dans les industries, la densité aide à définir la pureté et la concentration des solutions. Par exemple, en pétrochimie, elle sert à classer le pétrole selon sa légèreté ou sa lourdeur, et dans l'alimentation, elle peut évaluer la qualité des produits (par exemple la mousse dans les sucres).
Calculs liant masse volumique et densité
Le calcul de la densité (d) peut être effectué en utilisant la formule d = ρ / ρ_ref, où ρ est la masse volumique de la substance et ρ_ref est la masse volumique de la substance de référence. Il est important de noter que pour les liquides et solides, le rapport se fait généralement avec l'eau à 4°C, dont la masse volumique est de 1 g/cm³ (ou 1000 kg/m³).
Pour un gaz, la densité relative est souvent calculée par rapport à l'air sec à une température et une pression normalisées (TPN : 0°C et 1 atm). Les calculs doivent prendre en compte les facteurs de correction pour des conditions différentes de température et de pression.
A retenir :
En résumé, la notion de densité est une mesure relative comparant la compacité d'un matériau à celle d'une référence standard (généralement l'eau ou l'air). Critique dans des secteurs variés allant de l’ingénierie à la géologie, la densité offre des informations précieuses sur la composition, la pureté et le comportement des matériaux. Les méthodes de détermination varient selon l'état du matériau (solide, liquide, ou gaz) et les conditions expérimentales spécifiques. Comprendre la densité et sa relation avec la masse volumique est fondamental pour de nombreuses applications techniques et scientifiques.
