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DENSIDAD

En física y química, la densidad (símbolo ρ) es una magnitud escalar referida a la
cantidad de masa contenida en un determinado volumen de una sustancia.
La densidad media es la razón entre la masa de un cuerpo y el volumen que
ocupa



Si un cuerpo no tiene una distribución uniforme de la masa en todos sus puntos la
densidad alrededor de un punto puede diferir de la densidad media. Si se
considera una sucesión pequeños volúmenes decrecientes             (convergiendo
hacia un volumen muy pequeño) y estén centrados alrededor de un punto,
siendo       la masa contenida en cada uno de los volúmenes anteriores, la
densidad en el punto común a todos esos volúmenes:



Ejemplo: un objeto de plomo es más denso que otro de corcho, con independencia
del tamaño y masa de uno y otro.


HISTORIA
Según una conocida anécdota, Arquímedes recibió el encargo de determinar si el
orfebre de Hierón II de Siracusa desfalcaba el oro durante la fabricación de
una corona dedicada a los dioses, sustituyéndolo por otro metal más barato
(proceso conocido como aleación). Arquímedes sabía que la corona, de forma
irregular, podría ser aplastada o fundida en un cubo cuyo volumen se puede
calcular fácilmente comparado con la masa. Pero el rey no estaba de acuerdo con
estos métodos, pues habrían supuesto la destrucción de la corona.
Desconcertado, Arquímedes se dio un relajante baño de inmersión, y observando
la subida del agua caliente cuando él entraba en ella, descubrió que podía calcular
el volumen de la corona de oro mediante el desplazamiento del agua.
Supuestamente, al hacer este descubrimiento salió corriendo desnudo por las
calles gritando: "¡Eureka! ¡Eureka!" (Εύρηκα! en griego, que significa: "Lo
encontré"). Como resultado, el término "Eureka" entró en el lenguaje común, y se
utiliza hoy para indicar un momento de iluminación. La historia apareció por
primera vez de forma escrita en De Architectura de Virubio, dos siglos después de
que supuestamente tuviese lugar. Sin embargo, algunos estudiosos han dudado
de la veracidad de este relato, diciendo (entre otras cosas) que el método habría
exigido medidas exactas que habría sido difíciles de hacer en ese momento.
DENSIDAD ABSOLUTA
La densidad o densidad absoluta es la magnitud que expresa la relación entre
la masa y el volumen de una sustancia La densidad es una magnitud intensiva.




Siendo   , la densidad; m, la masa; y V, el volumen de la sustancia.


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)



Donde     es la densidad relativa,    es la densidad de la sustancia, y     es la
densidad de referencia o absoluta.
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 absoluta del agua destilada es de 1000 kg/m3, es decir, 1 kg/dm3.
Para los gases, la densidad de referencia habitual es la del aire a la presión de
1 atm y la temperatura de 0 °C.

DENSIDAD MEDIA PUNTAL
Para un sistema homogéneo, la expresión masa/volumen puede aplicarse en
cualquier región del sistema obteniendo siempre el mismo resultado.
Sin embargo, un sistema heterogéneo no presenta la misma densidad en partes
diferentes. En este caso, hay que medir la "densidad media", dividiendo la masa
del objeto por su volumen o la "densidad puntual" que será distinta en cada punto,
posición o porción infinitesimal del sistema, y que vendrá definida por:




DENSIDAD APARENTE Y REAL
La densidad aparente es una magnitud aplicada en materiales porosos como
el suelo, los cuales forman cuerpos heterogéneos con intersticios de aire u otra
sustancia normalmente más ligera, de forma que la densidad total del cuerpo es
menor que la densidad del material poroso si se compactase.
En el caso de un material mezclado con aire se tiene:




La densidad aparente de un material no es una propiedad intrínseca del material y
depende de su compactación.
La Densidad aparente del suelo (Da) se obtiene secando una muestra de suelo de
un volumen conocido a 105 °C hasta peso constante.



Dónde:

WSS: Peso de suelo secado a 105 °C hasta peso constante.
VS: Volumen original de la muestra de suelo.
Se debe considerar que para muestras de suelo que varíen su volumen al
momento del secado, como suelos con alta concentración de arcillas 2:1, se debe
expresar el contenido de agua que poseía la muestra al momento de tomar el
volumen.


UNIDADES DE DENSIDAD
Unidades de densidad en el Sistema Internacional de Unidades (SI):

   kilogramo por metro cúbico (kg/m³).
   gramo por centímetro cúbico (g/cm³).
   kilogramo por litro (kg/L) o kilogramo por decímetro cúbico. El agua tiene una
    densidad próxima a 1 kg/L (1000 g/dm³ = 1 g/cm³ = 1 g/ml).
   gramo por mililitro (g/ml), que equivale a (g/cm³).
   Para los gases suele usarse el gramo por decímetro cúbico (g/dm³) o gramo
    por litro (g/L), con la finalidad de simplificar con la constante universal de los
    gases ideales:



Unidades usadas en el Sistema Anglosajón de Unidades:

   onza por pulgada cúbica (oz/in3)
   libra por pulgada cúbica (lb/in3)
   libra por pie cúbico (lb/ft3)
   libra por yarda cúbica (lb/yd3)
   libra por galón (lb/gal)
   libra por bushel americano (lb/bu)
   slug por pie cúbico.




MEDICION DE DENSIDAD




Picnómetro.



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. Los instrumentos más comunes para medir la
densidad 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 permite la medida
precisa de la densidad de líquidos.
Un densímetro automático quien utiliza el principio del tubo en U oscilante

Otra posibilidad para determinar las densidades de líquidos y gases es utilizar
un instrumento digital basado en el principio del tubo en U oscilante. Cuya
frecuencia de resonancia está determinada por los materiales contenidos,
como la masa del diapasón es determinante para la altura del sonido.


CAMBIOS DE DENSIDAD
En general, la densidad de una sustancia varía cuando cambia la presión o
la temperatura.
 Cuando aumenta la presión, la densidad de cualquier material estable
   también aumenta.
 Como regla general, al aumentar la temperatura, la densidad disminuye (si
   la presión permanece constante). Sin embargo, existen notables
   excepciones a esta regla. Por ejemplo, la densidad del agua crece entre el
   punto de fusión (a 0 °C) y los 4 °C; algo similar ocurre con el silicio a bajas
   temperaturas.
El efecto de la temperatura y la presión en los sólidos y líquidos es muy
pequeño, por lo que típicamente la compresibilidad de un líquido o sólido es
de 10–6 bar–1 (1 bar=0,1 MPa) y el coeficiente de dilatación térmica es de 10–
5 –1
 K .
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 tres magnitudes:



Donde  es la constante universal de los gases ideales,         es la presión del
gas,  su masa molar y la temperatura absoluta.
Eso significa que un gas ideal a 300 K (27 °C) y 1 atm duplicará su densidad si
se aumenta la presión a 2 atm manteniendo la temperatura constante o,
alternativamente, se reduce su temperatura a 150 K manteniendo la presión
constante.

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Densidad

  • 1. DENSIDAD En física y química, la densidad (símbolo ρ) es una magnitud escalar referida a la cantidad de masa contenida en un determinado volumen de una sustancia. La densidad media es la razón entre la masa de un cuerpo y el volumen que ocupa Si un cuerpo no tiene una distribución uniforme de la masa en todos sus puntos la densidad alrededor de un punto puede diferir de la densidad media. Si se considera una sucesión pequeños volúmenes decrecientes (convergiendo hacia un volumen muy pequeño) y estén centrados alrededor de un punto, siendo la masa contenida en cada uno de los volúmenes anteriores, la densidad en el punto común a todos esos volúmenes: Ejemplo: un objeto de plomo es más denso que otro de corcho, con independencia del tamaño y masa de uno y otro. HISTORIA Según una conocida anécdota, Arquímedes recibió el encargo de determinar si el orfebre de Hierón II de Siracusa desfalcaba el oro durante la fabricación de una corona dedicada a los dioses, sustituyéndolo por otro metal más barato (proceso conocido como aleación). Arquímedes sabía que la corona, de forma irregular, podría ser aplastada o fundida en un cubo cuyo volumen se puede calcular fácilmente comparado con la masa. Pero el rey no estaba de acuerdo con estos métodos, pues habrían supuesto la destrucción de la corona. Desconcertado, Arquímedes se dio un relajante baño de inmersión, y observando la subida del agua caliente cuando él entraba en ella, descubrió que podía calcular el volumen de la corona de oro mediante el desplazamiento del agua. Supuestamente, al hacer este descubrimiento salió corriendo desnudo por las calles gritando: "¡Eureka! ¡Eureka!" (Εύρηκα! en griego, que significa: "Lo encontré"). Como resultado, el término "Eureka" entró en el lenguaje común, y se utiliza hoy para indicar un momento de iluminación. La historia apareció por primera vez de forma escrita en De Architectura de Virubio, dos siglos después de que supuestamente tuviese lugar. Sin embargo, algunos estudiosos han dudado de la veracidad de este relato, diciendo (entre otras cosas) que el método habría exigido medidas exactas que habría sido difíciles de hacer en ese momento.
  • 2. DENSIDAD ABSOLUTA La densidad o densidad absoluta es la magnitud que expresa la relación entre la masa y el volumen de una sustancia La densidad es una magnitud intensiva. Siendo , la densidad; m, la masa; y V, el volumen de la sustancia. 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) Donde es la densidad relativa, es la densidad de la sustancia, y es la densidad de referencia o absoluta. 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 absoluta del agua destilada es de 1000 kg/m3, es decir, 1 kg/dm3. Para los gases, la densidad de referencia habitual es la del aire a la presión de 1 atm y la temperatura de 0 °C. DENSIDAD MEDIA PUNTAL Para un sistema homogéneo, la expresión masa/volumen puede aplicarse en cualquier región del sistema obteniendo siempre el mismo resultado. Sin embargo, un sistema heterogéneo no presenta la misma densidad en partes diferentes. En este caso, hay que medir la "densidad media", dividiendo la masa del objeto por su volumen o la "densidad puntual" que será distinta en cada punto, posición o porción infinitesimal del sistema, y que vendrá definida por: DENSIDAD APARENTE Y REAL La densidad aparente es una magnitud aplicada en materiales porosos como el suelo, los cuales forman cuerpos heterogéneos con intersticios de aire u otra sustancia normalmente más ligera, de forma que la densidad total del cuerpo es menor que la densidad del material poroso si se compactase.
  • 3. En el caso de un material mezclado con aire se tiene: La densidad aparente de un material no es una propiedad intrínseca del material y depende de su compactación. La Densidad aparente del suelo (Da) se obtiene secando una muestra de suelo de un volumen conocido a 105 °C hasta peso constante. Dónde: WSS: Peso de suelo secado a 105 °C hasta peso constante. VS: Volumen original de la muestra de suelo. Se debe considerar que para muestras de suelo que varíen su volumen al momento del secado, como suelos con alta concentración de arcillas 2:1, se debe expresar el contenido de agua que poseía la muestra al momento de tomar el volumen. UNIDADES DE DENSIDAD Unidades de densidad en el Sistema Internacional de Unidades (SI):  kilogramo por metro cúbico (kg/m³).  gramo por centímetro cúbico (g/cm³).  kilogramo por litro (kg/L) o kilogramo por decímetro cúbico. El agua tiene una densidad próxima a 1 kg/L (1000 g/dm³ = 1 g/cm³ = 1 g/ml).  gramo por mililitro (g/ml), que equivale a (g/cm³).  Para los gases suele usarse el gramo por decímetro cúbico (g/dm³) o gramo por litro (g/L), con la finalidad de simplificar con la constante universal de los gases ideales: Unidades usadas en el Sistema Anglosajón de Unidades:  onza por pulgada cúbica (oz/in3)  libra por pulgada cúbica (lb/in3)  libra por pie cúbico (lb/ft3)  libra por yarda cúbica (lb/yd3)  libra por galón (lb/gal)  libra por bushel americano (lb/bu)
  • 4. slug por pie cúbico. MEDICION DE DENSIDAD Picnómetro. 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. Los instrumentos más comunes para medir la densidad 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 permite la medida precisa de la densidad de líquidos.
  • 5. Un densímetro automático quien utiliza el principio del tubo en U oscilante Otra posibilidad para determinar las densidades de líquidos y gases es utilizar un instrumento digital basado en el principio del tubo en U oscilante. Cuya frecuencia de resonancia está determinada por los materiales contenidos, como la masa del diapasón es determinante para la altura del sonido. CAMBIOS DE DENSIDAD En general, la densidad de una sustancia varía cuando cambia la presión o la temperatura.  Cuando aumenta la presión, la densidad de cualquier material estable también aumenta.  Como regla general, al aumentar la temperatura, la densidad disminuye (si la presión permanece constante). Sin embargo, existen notables excepciones a esta regla. Por ejemplo, la densidad del agua crece entre el punto de fusión (a 0 °C) y los 4 °C; algo similar ocurre con el silicio a bajas temperaturas. El efecto de la temperatura y la presión en los sólidos y líquidos es muy pequeño, por lo que típicamente la compresibilidad de un líquido o sólido es de 10–6 bar–1 (1 bar=0,1 MPa) y el coeficiente de dilatación térmica es de 10– 5 –1 K . 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 tres magnitudes: Donde es la constante universal de los gases ideales, es la presión del gas, su masa molar y la temperatura absoluta. Eso significa que un gas ideal a 300 K (27 °C) y 1 atm duplicará su densidad si se aumenta la presión a 2 atm manteniendo la temperatura constante o,
  • 6. alternativamente, se reduce su temperatura a 150 K manteniendo la presión constante.