Densidad FÍS.

Categoria:

Física

La d. de un cuerpo homogéneo es la razón entre su masa, M, y su volumen, V:

p=m/V.

La d. local (en torno a un punto P) para un cuerpo homogéneo o no, es:

P(P) =1íra [AM(P)/0 V(P)]

(si este cociente

AV(P) - 0

y su límite tienen matemáticamente sentido) donde AM(P) es la masa en torno a P en el volumen 0 V(P). Las dimensiones de esta magnitud física son [p] =M - L-3 y sus unidades el Kg/m3 en el sistema MKS y el g/cm3 en el CGS. Para una misma sustancia, el valor de la d. difiere según que su estado sea cristalizado o no, variando incluso al cambiar de sistema cristalino;p. ej., para el carbono cristalizado en el sistema regular (diamante) es p=3,5 y para el cristalizado en el sistema exagonal (grafito), P=2,2; se toma como base o patrón el agua, cuya densidad a 4° C y 1 atm. vale p=1 g/cmI.

La d. de un líquido con respecto al agua se mide con densímetros (aerómetros o areómetros), instrumentos basados en el principio de Arquímedes (V. FLUIDOS I). La d. de una sustancia, en general, se puede determinar midiendo con una balanza la masa de un volumen dado de aquélla.

En un modelo molecular de un fluido (v. CINÉTICA, TEORíA; MECÁNICA II), si N es el número de moléculas en un volumen V, la razón n=N/V define la d. media numérica. De modo análogo a la definición de la d. local de masa se define la d. numérica local.

Para un elemento de volumen de un medio continuo, cl balance local de la masa viene determinado por el principio de conservación de la misma, o ecuación de continuidad.

(V. FLUIDOS II), donde u es la velocidad del centro de masas del elemento de volumen.

Se puede demostrar que la fluctuación espontánea me, dia absoluta de la d. de un fluido en torno a un valor dado es

pn ." N11z,

mientras que su fluctuación relativa es

An-N1/2

de modo que cuando N aumenta, la primera aumenta y la segunda disminuye.

La correlación entre fluctuaciones de la d. en distintos puntos en un fluido es proporcional a la compresibilidad (isotérmica), de modo que para temperaturas muy próximas al punto crítico (V. ESTADOS DE LA MATERIA IV) donde esa correlación se hace infinita, la compresibilidad es asimismo singular. Experiencias ópticas ponen de manifiesto una difusión lateral muy acentuada de la luz, cuyo análisis permite dar cuenta teórica de los fenómenos de opalescencia crítica y del azul del cielo. Los primeros cálculos se deben a A. Einstein (1910) siguiendo ideas cualitativas expuestas anteriormente por von Smoluchovski (1908). Al espectro de luz en una experiencia óptica, se le denomina de Rayleigh.

Por extensión, el término d. se emplea en muchos dominios de la Física, siempre que se habla de cantidad de una magnitud física por unidad de alguna magnitud geométrica; p. ej., la d. volumétrica de carga eléctrica es la carga eléctrica por unidad de volumen; y así con otras magnitudes físicas.

M. G. VELARDE.

BIBL.: J. GARCfA SANTESMASES, Física general, 9 ed. Madrid 1983; M. G. VELARDE (ed.), Termodinámica y Física estadística de fluidos, Bilbao 1972.