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La densità e il peso specifico sono due proprietà della materia strettamente correlate tra loro; Tuttavia, non sono la stessa cosa. Entrambe sono proprietà intensive legate in un modo o nell’altro alla massa e al volume delle sostanze, ed entrambe possono essere utilizzate per prevedere la galleggiabilità di corpi diversi in fluidi diversi, ma hanno anche differenze che rendono l’uso di uno più pratico dell’altro l’altro in certe situazioni.
Successivamente, vedremo cosa sono la densità e il peso specifico e vedremo le caratteristiche più rilevanti che distinguono l’una dall’altra.
Cos’è la densità?
La densità di un materiale è la sua massa per unità di volume. È una proprietà intensiva caratteristica di ogni materiale. In molti campi del sapere, la densità è rappresentata dalla lettera d ; tuttavia, in alcune scienze naturali come la fisica e la chimica, così come nella maggior parte dell’ingegneria, è rappresentato dal simbolo ρ (la lettera greca minuscola rho ).
La densità si calcola mediante la seguente formula:
dove ρ è la densità, m è la massa e V è il volume del materiale o dell’oggetto.
Unità di densità
Le unità della densità sono [m]/[V] o, che è lo stesso, [m]/[L] 3 . Alcuni esempi di unità di densità in diversi sistemi di unità sono:
| Sistema di unità | unità di densità |
| Sistema Internazionale (SI) | kg/ mc |
| Sistema MKS | kg/ mc |
| sistema cgs | g/cm3 ug /ml |
| sistema imperiale statunitense | lbm / ft3 _ |
| sistema gravitazionale britannico | lumaca/ft 3 |
| densità del gas | g/l |
tipo di scala
La densità è una proprietà misurata su scala assoluta. Vale a dire che il suo valore va da 0 in poi, indipendentemente dalle unità utilizzate, e il suo valore dipende solo dal materiale in questione, non da qualsiasi altro materiale o sistema di riferimento.
Dipendenza della densità dalla temperatura
La massa di un corpo è indipendente dalla temperatura, ma il suo volume no. La maggior parte dei materiali si espande con un aumento della temperatura. Quando ciò accade, la densità, che è divisa per il volume, diminuisce.
Esistono, tuttavia, esempi di sostanze che si contraggono con la temperatura. Questo è il caso dell’acqua. In generale, la densità dell’acqua diminuisce all’aumentare della temperatura e aumenta al diminuire della temperatura. Tuttavia, raffreddando l’acqua, appena prima del punto di congelamento, la densità diminuisce invece di aumentare. Questo spiega perché il ghiaccio, che galleggia sull’acqua, è meno denso dell’acqua.
Strumento di misura
La densità dei liquidi viene determinata utilizzando uno strumento chiamato picnometro e con una bilancia analitica. Il picnometro permette di misurare i volumi con un altissimo grado di accuratezza, mentre la differenza tra la massa piena e quella a vuoto determinata con l’utilizzo di una bilancia analitica permette di misurare la massa con uguale precisione e accuratezza.
Usi di densità
La densità viene utilizzata per diversi tipi di calcoli. Da un lato, consente di determinare volumi o masse di qualsiasi sostanza, dato che conosciamo rispettivamente la massa o il volume.
È utile per identificare o differenziare materiali diversi. Essendo una proprietà caratteristica della materia, ogni materiale ha una densità particolare a una data temperatura.
È di grande importanza nella meccanica dei fluidi poiché la differenza tra le densità di un oggetto e quella di un fluido determina la galleggiabilità del primo nel secondo.
Cos’è il peso specifico?
Il peso specifico , detto anche densità relativa, è il rapporto tra la densità di una sostanza o materiale e la densità di un altro materiale di riferimento nelle stesse condizioni sperimentali di temperatura e pressione . È spesso rappresentato dal simbolo SG (peso specifico ) e, come la densità, è una grandezza caratteristica di un materiale ad una data temperatura.
La densità relativa o peso specifico viene calcolata in modo diverso a seconda che si tratti di materia condensata (solidi o liquidi) o di gas. In entrambi i casi, un peso specifico inferiore a 1 implica che la sostanza galleggerà sopra la sostanza di riferimento, mentre un peso specifico maggiore di uno indica che affonderà.
Peso specifico di solidi o liquidi
Quando il materiale in questione è un solido o un liquido, si prende come riferimento la densità dell’acqua allo stato liquido, generalmente alla temperatura alla quale la sua densità è massima, che corrisponde a 4°C. A questa temperatura, la densità dell’acqua è di 1.000 kg/m 3 . In questo caso, il peso specifico è dato dalla seguente espressione:
Gravità specifica del gas
Quando invece il materiale di cui si sta misurando o determinando la densità relativa è un gas, il materiale di riferimento non è l’acqua ma l’aria alle stesse date condizioni di temperatura e pressione. In altre parole, in questo caso, il peso specifico è dato da:
Unità di gravità specifica
La caratteristica più importante del peso specifico rispetto alla densità è il fatto che, essendo una grandezza ottenuta dividendo due densità, il peso specifico non ha unità. In altre parole, è una quantità adimensionale. Ciò significa che è un numero puro il cui valore sarà sempre lo stesso per una data sostanza a una data temperatura e pressione, indipendentemente dal sistema di unità utilizzato per esprimere le densità originarie.
In altre parole, la densità relativa fornisce una scala di misura per la densità che è indipendente dal sistema di unità in cui vengono eseguiti tutti gli altri calcoli. Ciò lo rende particolarmente utile per la comunicazione tra team di ingegneri che tendono a utilizzare sistemi di unità non SI, con scienziati o specialisti in altri campi che tendono a utilizzare il sistema metrico o SI.
tipo di scala
Essendo il rapporto tra la densità di una sostanza e la densità di una sostanza di riferimento, il peso specifico corrisponde ad una grandezza relativa e non assoluta. In altre parole, dicendo che il peso specifico del mercurio, ad esempio, è 13,59, in realtà stiamo dicendo che la sua densità è 13,59 volte maggiore della densità dell’acqua. Si noti che è una densità relativa alla densità dell’acqua, quindi senza conoscere quest’ultima non possiamo conoscere la reale densità del mercurio.
Valori di densità di riferimento
Come si può vedere, il calcolo del peso specifico dipende dalla densità del materiale di riferimento e questo, a sua volta, dipende dalle condizioni di temperatura e pressione alle quali il peso specifico viene misurato o calcolato. Nel caso di solidi e liquidi, qualora non sia indicata una temperatura specifica, si assume che detta SG sia stabilita in base alla densità dell’acqua a 4°C. Nel caso dei gas, se non sono specificate le condizioni di temperatura e pressione, si assume la densità in condizioni normali di temperatura e pressione, o NTP, corrispondente a una temperatura di 20 °C e una pressione di 1 atm, nel qual caso In in questo caso l’aria (secca) ha una densità di 1,204 kg/m 3 .
La tabella seguente presenta questi valori di riferimento in diverse unità:
| Sistema di unità | Densità dell’acqua a 4 °C | densità dell’aria |
| Sistema Internazionale (SI) | 1.000 kg/ mc | 1.204 kg/ mc |
| sistema cgs | 1.000 g/ cm3 | 1.204 x 10-3 g /cm 3 |
| sistema gravitazionale britannico | 1.940 proiettili/ ft3 | 2.336 x 10 -3 proiettili/ft 3 |
| Sistema Imperiale USA | 62.428 libbre/ ft3 | 0,07516 libbre/ ft3 |
Dipendenza del peso specifico dalla temperatura
Essendo funzione di due densità, che variano con la temperatura, varia anche la densità relativa o peso specifico in funzione di detta proprietà.
Tuttavia, in generale la variazione è minore della variazione della densità assoluta. Questo perché, come accennato in precedenza, la densità della maggior parte delle sostanze diminuisce all’aumentare della temperatura, e questo include l’acqua per la maggior parte delle temperature che non sono comprese tra 0 e 8 °C. Poi, quando la temperatura aumenta, diminuiscono sia la densità del materiale in questione che quella del materiale di riferimento. Ciò significa che il cambiamento del numeratore compensa parzialmente il cambiamento del denominatore, diminuendo l’effetto della temperatura sul peso specifico.
Strumento di misura
Il peso specifico viene misurato sperimentalmente utilizzando uno strumento chiamato idrometro. Questo è costituito da un pesante bulbo provvisto di uno stelo che presenta una scala graduata in base alla sostanza di riferimento, nella maggior parte dei casi acqua. Quando il bulbo viene posto in un liquido, affonderà fino a quando la forza di galleggiamento contrasta il peso dell’idrometro. La lettura viene effettuata sulla scala nel punto che sporge dalla superficie del liquido.
Usi a gravità specifica
Un’utilità immediata del peso specifico è che il suo valore indica immediatamente se il materiale galleggerà o meno nell’acqua o nell’aria, a seconda che sia solido e liquido, o gas, rispettivamente. In entrambi i casi, se la densità relativa è minore dell’unità, il materiale sarà meno denso e galleggerà, e viceversa.
Un’altra applicazione molto comune di SG è la sua relazione con la concentrazione delle soluzioni. A seconda delle interazioni tra soluto e solvente, la densità di una soluzione può essere diversa da quella dell’acqua pura e, in generale, tale densità varia in funzione della concentrazione. Pertanto, la misurazione di SG utilizzando un idrometro consente di determinare la concentrazione di diverse soluzioni.
Alcuni esempi di utilizzo della SG per questo scopo sono:
- Valutazione del carburante.
- La determinazione della gradazione alcolica durante la fermentazione dei mosti per la produzione di birre, vini e altre bevande alcoliche.
- La valutazione della concentrazione di acido solforico in batterie o accumulatori al piombo/acido solforico comunemente usati nelle automobili a benzina, ecc.
Come determinare la densità dalla gravità specifica
Il peso specifico può essere facilmente convertito in densità assoluta semplicemente moltiplicando il primo per la densità della sostanza di riferimento nelle unità richieste:
Oppure, nel caso dei gas:
In entrambi i casi, sono generalmente disponibili tabelle di densità molto accurate per un’ampia varietà di valori di pressione e temperatura.
Riepilogo delle differenze tra densità e gravità specifica
La tabella seguente riassume le differenze più importanti tra densità e peso specifico:
| Criterio | Densità | peso specifico |
| Definizione: | Massa per unità di volume di una sostanza. | Densità di una sostanza in relazione a una sostanza di riferimento. |
| Simbolo: | ρ (a volte si usa C D) | SG |
| Formula: | ρ=m/V | SG = riferimento ρ / ρ |
| unità | [m]/[L] 3 (kg/m 3 , g/cm 3 , lb/ft 3 , ecc.) | Non ha unità. è adimensionale |
| Tipo di bilancia: | assoluto | parente |
| Variazione con la temperatura: | Notevole | Minore |
| Strumento di misura: | Picnometro | Idrometro |
Riferimenti
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Giner, S. (2020, 18 agosto). Idrometro o idrometro . Schiuma 2D2D. https://www.2d2dspuma.com/blog/que-es/hidrometro/
Testi liberi. (2020, 13 agosto). 1.14: Densità e gravità specifica . LibreText di chimica. 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
Laboratorio Nazionale di Fisica. (2021). Qual è la differenza tra densità e peso specifico? Sito NPL. https://www.npl.co.uk/resources/qa/density-specific-gravity-differences
