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La densité et la gravité spécifique sont deux propriétés de la matière étroitement liées l’une à l’autre. Cependant, ce ne sont pas les mêmes. Les deux sont des propriétés intensives liées d’une manière ou d’une autre à la masse et au volume des substances, et les deux peuvent être utilisées pour prédire la flottabilité de différents corps dans différents fluides, mais elles présentent également des différences qui rendent l’utilisation de l’une plus pratique que l’autre. .. l’autre dans certaines situations.
Ensuite, nous verrons ce que sont la densité et la gravité spécifique et nous verrons les caractéristiques les plus pertinentes qui les distinguent l’une de l’autre.
Qu’est-ce que la densité ?
La masse volumique d’un matériau est sa masse par unité de volume. C’est une propriété intensive caractéristique de chaque matériau. Dans de nombreux domaines de la connaissance, la densité est représentée par la lettre d ; cependant, dans certaines sciences naturelles telles que la physique et la chimie, ainsi que dans la plupart des sciences de l’ingénieur, il est représenté par le symbole ρ (la lettre grecque minuscule rho ).
La densité est calculée au moyen de la formule suivante :
où ρ est la densité, m est la masse et V est le volume du matériau ou de l’objet.
Unités de densité
Les unités de la densité sont [m]/[V] ou, ce qui revient au même, [m]/[L] 3 . Voici quelques exemples d’unités de densité dans différents systèmes d’unités :
| Système d’unité | unités de densité |
| Système international (SI) | kg/ m3 |
| Système MKS | kg/ m3 |
| système cgs | g/cm 3 ug/mL |
| Système impérial américain | lbm / pi3 _ |
| système gravitationnel britannique | limace/pied 3 |
| densité de gaz | g/l |
type d’échelle
La densité est une propriété qui se mesure sur une échelle absolue. C’est-à-dire que sa valeur part de 0, quelles que soient les unités utilisées, et sa valeur ne dépend que du matériau en question, pas d’un autre matériau ou système de référence.
Dépendance de la densité avec la température
La masse d’un corps est indépendante de la température, mais son volume ne l’est pas. La plupart des matériaux se dilatent avec une augmentation de la température. Lorsque cela se produit, la densité, qui est divisée par le volume, diminue.
Il existe cependant des exemples de substances qui se contractent avec la température. C’est le cas de l’eau. En général, la densité de l’eau diminue avec l’augmentation de la température et augmente avec la diminution de la température. Cependant, en refroidissant l’eau, juste avant le point de congélation, la densité diminue au lieu d’augmenter. Cela explique pourquoi la glace, qui flotte au-dessus de l’eau, est moins dense que l’eau.
Instrument de mesure
La densité des liquides est déterminée à l’aide d’un instrument appelé pycnomètre et d’une balance analytique. Le pycnomètre permet de mesurer les volumes avec une très grande précision, tandis que la différence entre la masse pleine et la masse vide déterminée à l’aide d’une balance analytique permet de mesurer la masse avec une précision et une exactitude égales.
Utilisations de densité
La densité est utilisée pour différents types de calculs. D’une part, il permet de déterminer les volumes ou les masses de n’importe quelle substance, étant donné que nous connaissons respectivement la masse ou le volume.
Il est utile pour identifier ou différencier différents matériaux. Étant une propriété caractéristique de la matière, chaque matériau a une densité particulière à une température donnée.
Il est d’une grande importance en mécanique des fluides puisque la différence entre les densités d’un objet et celle d’un fluide détermine la flottabilité du premier dans le second.
Qu’est-ce que la gravité spécifique ?
La gravité spécifique, également appelée densité relative, est le rapport entre la densité d’une substance ou d’un matériau et la densité d’un autre matériau de référence dans les mêmes conditions expérimentales de température et de pression . Elle est souvent représentée par le symbole SG (gravité spécifique ) et, comme la masse volumique, est une grandeur caractéristique d’un matériau à une température donnée.
La densité relative ou gravité spécifique est calculée différemment selon qu’il s’agit de matières condensées (solides ou liquides) ou de gaz. Dans les deux cas, une densité inférieure à 1 implique que la substance flottera au-dessus de la substance de référence, tandis qu’une densité supérieure à 1 indique qu’elle coulera.
Gravité spécifique des solides ou des liquides
Lorsque le matériau en question est un solide ou un liquide, la masse volumique de l’eau liquide est prise comme référence, généralement à la température à laquelle sa masse volumique est maximale, ce qui correspond à 4°C. A cette température, la masse volumique de l’eau est de 1 000 kg/m 3 . Dans ce cas, la gravité spécifique est donnée par l’expression suivante :
Gravité spécifique du gaz
En revanche, lorsque le matériau dont on mesure ou détermine la masse volumique relative est un gaz, le matériau de référence n’est pas de l’eau mais de l’air dans les mêmes conditions données de température et de pression. En d’autres termes, dans ce cas, la gravité spécifique est donnée par :
Unités de gravité spécifique
La caractéristique la plus importante de la gravité spécifique par rapport à la densité est le fait que, étant une quantité obtenue en divisant deux densités, la gravité spécifique n’a pas d’unités. En d’autres termes, c’est une quantité sans dimension. Cela signifie qu’il s’agit d’un nombre pur dont la valeur sera toujours la même pour une substance donnée à une température et une pression données, quel que soit le système d’unités utilisé pour exprimer les densités d’origine.
En d’autres termes, la densité relative fournit une échelle de mesure de la densité qui est indépendante du système d’unités dans lequel tous les autres calculs sont effectués. Cela le rend particulièrement utile pour communiquer entre des équipes d’ingénieurs qui ont tendance à utiliser des systèmes d’unités non SI, avec des scientifiques ou des spécialistes d’autres domaines qui ont tendance à utiliser soit le système métrique, soit le système SI.
type d’échelle
Comme il s’agit du rapport entre la masse volumique d’une substance et la masse volumique d’une substance de référence, la densité correspond à une quantité relative et non absolue. En d’autres termes, en disant que la gravité spécifique du mercure, par exemple, est de 13,59, nous disons en réalité que sa densité est 13,59 fois supérieure à la densité de l’eau. A noter qu’il s’agit d’une densité relative à la densité de l’eau, donc sans connaître cette dernière, on ne peut connaître la densité réelle du mercure.
Valeurs de densité de référence
Comme on peut le voir, le calcul de la gravité spécifique dépend de la densité du matériau de référence, et celle-ci, à son tour, dépend des conditions de température et de pression auxquelles la gravité spécifique est mesurée ou calculée. Dans le cas des solides et des liquides, à chaque fois qu’une température spécifique n’est pas indiquée, on suppose que ladite SG est établie en fonction de la densité de l’eau à 4°C. Dans le cas des gaz, si les conditions de température et de pression ne sont pas précisées, la masse volumique est supposée dans les conditions normales de température et de pression, ou NTP, correspondant à une température de 20 °C et une pression de 1 atm, auquel cas In dans ce cas, l’air (sec) a une masse volumique de 1,204 kg/m 3 .
Le tableau suivant présente ces valeurs de référence dans différentes unités :
| Système d’unité | Densité de l’eau à 4 °C | densité de l’air |
| Système international (SI) | 1 000 kg/ m3 | 1 204 kg/ m3 |
| système cgs | 1 000 g/ cm3 | 1,204 x 10 -3 g/cm 3 |
| système gravitationnel britannique | 1 940 limaces/ pi3 | 2,336 x 10 -3 limaces/pi 3 |
| Système impérial américain | 62 428 lb/ pi3 | 0,07516 lb/ pi3 |
Dépendance de la gravité spécifique avec la température
Fonction de deux densités, qui varient avec la température, la densité relative ou densité varie également en fonction de ladite propriété.
Cependant, en général, la variation est inférieure à la variation de la densité absolue. En effet, comme mentionné ci-dessus, la densité de la plupart des substances diminue avec l’augmentation de la température, et cela inclut l’eau pour la plupart des températures qui ne sont pas comprises entre 0 et 8 °C. Ensuite, lorsque la température augmente, à la fois la densité du matériau considéré et celle du matériau de référence diminuent. Cela signifie que la modification du numérateur compense partiellement la modification du dénominateur, atténuant ainsi l’effet de la température sur la gravité spécifique.
Instrument de mesure
La gravité spécifique est mesurée expérimentalement à l’aide d’un instrument appelé hydromètre. Celui-ci est constitué d’un bulbe lourd muni d’une tige qui possède une échelle calibrée en fonction de la substance de référence, le plus souvent de l’eau. Lorsque l’ampoule est placée dans un liquide, elle coulera jusqu’à ce que la force de flottabilité contrecarre le poids de l’hydromètre. La lecture se fait sur l’échelle au point qui dépasse de la surface du liquide.
Utilisations spécifiques de gravité
Une utilité immédiate de la gravité spécifique est que sa valeur indique immédiatement si le matériau flottera ou non dans l’eau ou dans l’air, selon qu’il est respectivement solide et liquide, ou gazeux. Dans les deux cas, si la densité relative est inférieure à l’unité, le matériau sera moins dense et flottera, et vice versa.
Une autre application très courante de SG est sa relation avec la concentration des solutions. Selon les interactions entre soluté et solvant, la densité d’une solution peut être différente de celle de l’eau pure, et, en général, cette densité varie en fonction de la concentration. Ainsi, la mesure de SG à l’aide d’un hydromètre permet de déterminer la concentration de différentes solutions.
Voici quelques exemples d’utilisation du SG à cette fin :
- Évaluation du carburant.
- La détermination de la teneur en alcool lors de la fermentation des moûts pour la production de bières, vins et autres boissons alcoolisées.
- L’évaluation de la concentration d’acide sulfurique dans les batteries ou accumulateurs plomb/acide sulfurique couramment utilisés dans les automobiles à essence, etc.
Comment déterminer la densité à partir de la gravité spécifique
La gravité spécifique peut facilement être convertie en densité absolue en multipliant simplement la première par la densité de la substance de référence dans les unités requises :
Ou, dans le cas des gaz :
Dans les deux cas, des tables de densité très précises sont généralement disponibles pour une grande variété de valeurs de pression et de température.
Résumé des différences entre la densité et la gravité spécifique
Le tableau suivant résume les différences les plus importantes entre la densité et la gravité spécifique :
| Critère | Densité | gravité spécifique |
| Définition: | Masse par unité de volume d’une substance. | Densité d’une substance par rapport à une substance de référence. |
| Symbole: | ρ (parfois C D est utilisé) | SG |
| Formule: | ρ=m/V | SG = ρ / ρ référence |
| unités | [m]/[L] 3 (kg/m 3 , g/cm 3 , lb/ft 3 , etc.) | Il n’a pas d’unités. est sans dimension |
| Type d’échelle : | absolu | relatif |
| Variation avec la température : | Considérable | Mineure |
| Instrument de mesure : | Pycnomètre | Hydromètre |
Les références
densité vs. Poids spécifique et gravité spécifique . (sd). La boîte à outils d’ingénierie. https://www.engineeringtoolbox.com/density-specific-weight-gravity-d_290.html
Différence entre la densité et la gravité spécifique . (2019, 5 juin). Différentiel. https://diferenciario.com/densidad-y-gravedad-especifica/
Différence entre la densité et la gravité spécifique . (2021, 22 mars). PARJUS. https://byjus.com/physics/difference-between-density-and-specific-gravity/
Giner, S. (2020, 18 août). Aréomètre ou aréomètre . 2D2Dmousse. https://www.2d2dspuma.com/blog/que-es/hidrometro/
Textes libres. (2020, 13 août). 1.14 : Densité et gravité spécifique . Chimie LibreTexts. https://chem.libretexts.org/Courses/Saint_Francis_University/CHEM_113%3A_Human_Chemistry_I_(Muino)/01%3A_Matter_and_Measurements/1.14%3A_Density_and_Specific_Gravity
Laboratoire national de physique. (2021). Quelle est la différence entre la densité et la gravité spécifique ? Site Web de la NPL. https://www.npl.co.uk/resources/qa/density-specific-gravity-differences
