Quina és la definició de densitat i la seva unitat SI?
La densitat és la massa d'una substància per unitat de volum, símbol ρ (lletra grega rho), fórmula de definició ρ=m/V, és a dir, massa dividida per volum. La unitat SI és kg/m³ (quilogram per metre cúbic). A 4°C, la densitat de l'aigua pura és aproximadament 1000 kg/m³ = 1 g/cm³ = 1 kg/dm³, un valor de referència fàcil de recordar. La densitat és una propietat intrínseca de les substàncies, que es pot utilitzar per a la identificació de substàncies, càlculs de flotabilitat i anàlisi de mecànica de fluids.
Quina relació hi ha entre g/cm³, kg/dm³ i kg/L? I amb l'aigua?
1 g/cm³ = 1 kg/dm³ = 1 kg/L = 1000 kg/m³, aquestes unitats tenen el mateix valor, igual que la densitat de l'aigua pura a 4°C. Això és perquè 1 cm³ = 1 mL = 1 cc = 10⁻⁶ m³, 1 dm³ = 1 L = 0,001 m³. Per tant, la densitat de l'aigua expressada en diferents unitats és exactament: 1000 kg/m³, 1 g/cm³, 1 kg/dm³, 1 kg/L, molt fàcil de recordar.
Per què s'utilitza habitualment g/cm³ en manuals d'enginyeria i materials?
L'interval de valors de g/cm³ cobreix perfectament les densitats de sòlids i líquids comuns: aigua 1,0, alcohol 0,79, gasolina 0,72, cos humà aproximadament 1,02, alumini 2,70, ferro 7,87, coure 8,96, plom 11,34, or 19,32, osmi 22,57. Tots els valors estan entre 0,6 i 23, amb enters o un o dos decimals, fàcils de llegir i recordar. En canvi, amb kg/m³ aquests nombres són de tres xifres (aigua 1000, ferro 7870, coure 8960), que encara que són clars tenen 3 zeros addicionals.
Com s'utilitzen lb/ft³, lb/in³ i lb/gal?
Les unitats de densitat imperials s'utilitzen àmpliament en enginyeria angloamericana, aeronàutica, indústria del petroli i construcció: 1 lb/ft³ (lliura per peu cúbic) ≈ 16,02 kg/m³, és una unitat habitual per al pes aparent de materials de construcció i densitat de l'aire (aire aproximadament 0,0765 lb/ft³, aigua aproximadament 62,4 lb/ft³); 1 lb/in³ (lliura per polzada cúbica) ≈ 27.680 kg/m³, s'utilitza per a metalls d'alta resistència i càlculs d'estrès en enginyeria mecànica; lb/USgal (lliura per galó EUA) i lb/UKgal (lliura per galó imperial) s'utilitzen per al transport i preparació de combustibles líquids i solucions químiques.
Quina és la densitat de les substàncies habituals?
Densitats de materials habituals (g/cm³, valors aproximats): Gasos — aire 0,0012, hidrogen 0,00009; Líquids — gasolina 0,72, alcohol 0,79, aigua 1,00, aigua de mar 1,025, llet 1,03, àcid sulfúric 1,84, mercuri 13,55; Metalls — magnesi 1,74, alumini 2,70, titani 4,51, ferro/acer 7,87, coure 8,96, argent 10,49, plom 11,34, or 19,32, osmi 22,57 (el més dens de l'escorça terrestre); Altres — gel 0,92 (flota sobre l'aigua), cos humà 1,02, vidre 2,5, formigó 2,4, fusta 0,4~0,8, plàstic 0,9~1,4.
Quina diferència hi ha entre densitat i pes específic (densitat relativa)?
El pes específic (Specific Gravity, SG) és la relació entre la densitat d'una substància i la densitat de l'aigua (a 4°C), és un nombre adimensional. Pes específic = ρ/ρ_aigua, per tant el valor del pes específic és igual al valor en g/cm³ o kg/dm³ (perquè l'aigua = 1 g/cm³). Per exemple, la densitat del ferro de 7,87 g/cm³ correspon a un pes específic de 7,87, el plom de 11,34 correspon a 11,34. El pes específic s'utilitza àmpliament en indústries petrolieres, químiques i de vinificació; els graus API, el grau alcohòlic i els graus Baumé són indicadors derivats del pes específic.
Què determina si un objecte flota o s'enfonsa en un líquid?
Segons el principi de flotabilitat d'Arquimedes: quan la densitat mitjana de l'objecte és < densitat del líquid, flota; si és >, s'enfonsa; si és =, queda suspès. Per exemple: el gel té una densitat de 0,92 g/cm³ < aigua 1,0, per tant els icebergs suren a la superfície (90% sota l'aigua); el ferro 7,87 és molt més gran que l'aigua per tant s'enfonsa, però els vaixells de ferro suren perquè la seva densitat mitjana global amb l'espai buit és < aigua; la densitat del cos humà és aproximadament 1,02, lleugerament més gran que l'aigua, s'enfonsa en exhalar i pot surar en inhalar o amb els pulmons plens; la Mar Morta té una concentració de sal molt alta amb densitat aproximada de 1,24 g/cm³, les persones hi poden surar fàcilment.
Per què s'utilitza kg/m³ per a la densitat dels gasos en lloc de g/cm³?
En condicions estàndard (0°C, 1 atm), la densitat dels gasos és molt menor que la dels líquids i sòlids: l'aire és aproximadament 1,29 kg/m³ = 0,00129 g/cm³. Si s'expressés en g/cm³ hi hauria molts zeros inicials (0,00129), que són difícils de llegir. Amb kg/m³, l'aire és 1,29, l'hidrogen 0,09, l'oxigen 1,43, el diòxid de carboni 1,98, el clor 3,21, valors més intuïtius. La densitat dels gasos està estretament relacionada amb la temperatura i la pressió (gasos ideals ρ=PM/RT), normalment s'indiquen les condicions de temperatura i pressió.
Quina diferència hi ha entre pes aparent, densitat aparent i densitat veritable?
La densitat veritable (True Density) és la densitat del material en si (sense porus), com ara l'acer de 7,87 g/cm³; la densitat aparent (Apparent Density) és la densitat del bloc que inclou els porus tancats interns; el pes aparent/densitat aparent de volum (Bulk Density) és la densitat global de materials a granel/pols en estat d'apilament natural que inclou els buits, per exemple el pes aparent del ciment a granel és aproximadament 1300 kg/m³, la sorra seca 1600 kg/m³, l'arròs aproximadament 600 kg/m³; en enginyeria, l'aigua també s'expressa habitualment amb pes específic γ=9,8 kN/m³ (o simplificat 10 kN/m³) per a la densitat de pes.
Quin significat té l'enginyeria de la diferència de densitat dels metalls?
La densitat determina directament el pes de les peces del mateix volum, és clau per a la lleugeresa en aeronàutica, automoció i productes 3C: l'alumini 2,7 és aproximadament 2/3 més lleuger que l'acer 7,87, el magnesi 1,74 és encara més lleuger però amb menor resistència; el titani 4,5 és 43% més lleuger que l'acer però amb alta resistència i resistència a la corrosió, s'utilitza en aeronàutica/medicina; els materials compostos de fibra de carboni són aproximadament 1,6, la primera opció per a lleugeresa d'alta gamma en aeronàutica; el plom 11,34, el tungstè 19,3 i l'urani empobrit 19,1 s'utilitzen com a contrapesos, blindatges contra radiacions i projectils perforants; el coure 8,96 i l'argent 10,5 tenen alta densitat i bona conductivitat, s'utilitzen en cables/contactes.
Quina relació hi ha entre la densitat del líquid i la temperatura?
La densitat dels líquids normalment disminueix amb l'augment de la temperatura (dilatació tèrmica i contracció per fred). L'aigua té la densitat màxima (1000 kg/m³) a 3,98°C, per sobre o per sota d'aquesta temperatura la densitat és lleugerament menor (aquesta és la raó per la qual s'utilitza l'aigua a 4°C com a referència de densitat). La densitat dels combustibles varia notablement amb la temperatura: la gasolina té una densitat d'aproximadament 0,72~0,78 g/cm³, a l'estiu s'expandeix i el volum augmenta, ocupant més volum per la mateixa massa; el combustible d'avió es mesura en massa (kg o lb) en lloc de volum (L o gal), perquè els canvis de volum a diferents temperatures afectarien el càlcul de l'autonomia.
Quines unitats de densitat suporta aquesta eina? Per què no hi ha g/mL ni oz/gal?
Aquesta eina suporta 7 unitats de densitat: kg/m³, g/cm³, kg/dm³, lb/ft³, lb/in³, lb/USgal, lb/UKgal, que cobreixen més del 90% dels escenaris d'ús diari en física, enginyeria, materials i indústria química. Tingues en compte que g/mL i g/cm³ tenen exactament el mateix valor (1 mL = 1 cm³), kg/L i kg/dm³ tenen el mateix valor, per tant no cal afegir-los duplicats; oz/gal (unça per galó) s'utilitza principalment en escenaris específics de concentració en tractament d'aigües/indústria química, lb/gal ja pot cobrir les principals necessitats de conversió de densitat de líquids imperials.
