Densidade

Conceito de Densidade

A densidade (ou massa volúmica) é uma grandeza que expressa a razão entre a massa (m) de um material e o volume (V) por ele ocupado. Por outras palavras, pode-se dizer que a densidade mede o grau de concentração de massa em determinado volume.

A densidade é uma propriedade intrínseca da matéria, isto porque a matéria tem duas características fundamentais: possui massa e ocupa um certo espaço (ou seja, tem volume). Logo, todos os materiais têm massa e volume.

Assim a densidade, sendo uma propriedade específica de cada material, serve para identificar as substâncias.

O símbolo usado para a densidade é o ρ e a unidade, no sistema internacional (S.I.), é quilograma por metro cúbico (kg/m3), no entanto, podem-se usar grama por centímetro cúbico (g/cm3) ou grama por mililitro (g/mL). Para gases, a densidade costuma ser expressa em grama por litro (g/L).

Matematicamente, a expressão usada para calcular a densidade é dada por:

r = m / V

Conforme se observa na expressão matemática da densidade, esta é inversamente proporcional ao volume, isto significa que quanto menor o volume ocupado por uma determinada massa, maior será a densidade.

Por exemplo, o que pesa mais, 1 kg de chumbo ou 1 kg de algodão?

Na realidade, eles possuem a mesma massa, portanto o “peso” deles é o mesmo. Porém, a diferença consiste na densidade, pois 1 kg de chumbo concentra-se num volume muito menor do que 1 kg de algodão. Então, a densidade do algodão é pequena porque a sua massa ocupa um volume grande.

Com este exemplo, observa-se que a densidade de cada material depende do volume ocupado.

O volume é uma grandeza física que varia com a pressão e com a temperatura. Assim, consequentemente, a densidade também depende da pressão e da temperatura do material.

Para demonstrar este facto, considera-se o seguinte exemplo:

Quando a água está à temperatura de 25ºC e à pressão normal (P=1 atm), a sua densidade é 1g/cm3. No entanto, no estado sólido, ou seja a temperaturas abaixo de 0ºC e à pressão normal, há variação da densidade, em que esta diminui para 0,92 g/cm3.

Verifica-se que a densidade da água no estado sólido é menor do que no estado líquido. Isto explica o facto de o gelo flutuar na água líquida. Então, outra consequência importante da densidade dos materiais é que o material mais denso afunda e o menos denso flutua.

Outro exemplo prático:

Quando se coloca gelo numa bebida alcoólica verifica-se que o gelo afunda-se. Mais uma vez a densidade é a grandeza que explica este facto. A densidade do gelo é 0,92 g/cm3, como já foi referido acima, e a densidade do álcool é 0,97 g/cm3. Tem-se que a densidade do álcool é menor do que a densidade do gelo, logo este afunda-se.

É importante realçar que a densidade, muitas vezes, é definida de forma análoga à massa específica, no entanto, há uma pequena diferença entre estes dois termos.

A massa específica é definida para uma substância e a densidade é definida para um corpo.

Para líquidos e gases as expressões “densidade” e “massa específica” são usadas como sinónimos, devido às propriedades físicas destes estados.

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