El volumen es la cantidad de espacio que ocupa una sustancia en tres dimensiones, ya sea que esa cantidad se mida en centímetros cúbicos, yardas cúbicas u otra unidad de volumen. La sustancia puede ser sólida, líquida o gaseosa. El peso o la masa no juegan ningún papel en la consideración del volumen. Si se desea conocer la densidad de una sustancia que ocupa un volumen, se debe introducir la masa.
La ecuacion
La relación matemática entre densidad y volumen es simple.
La ecuación matemática es D = M / V. La densidad es igual a la masa, ya sea en gramos, libras u otra unidad, dividida por el volumen que ocupa la masa. Si una pieza de metal pesa 25 gy tiene un volumen de 5 cm cúbicos, su densidad es 25 g / 5 cm cúbicos = 5 g por cm cúbicos.
Ley de los gases ideales
La ley de los gases ideales ilustra cómo si una ecuación contiene volumen, el término densidad podría reemplazarlo con buenos resultados. Esa ley de los gases normalmente dice PV = nRT, donde P es la presión, n es el número de moles de gas en consideración, R es la constante del gas ideal y T es la temperatura. Ahora, el número de moles está relacionado con la masa o el peso y se puede escribir n = m / MW, donde m es la masa del gas y M es su peso molecular. La ecuación del gas ideal se puede escribir PV = (m / M) RT.
Conversión de volumen en densidad
Dividiendo ambos lados de la ecuación por el volumen, V, encontramos P = (m / MV) RT. Combinando la ecuación 1 con la ecuación 4, obtenemos P = (D / M) RT.
Hemos eliminado de manera efectiva el volumen de la ecuación, reemplazándolo con densidad. Hemos convertido el volumen en densidad. Esta forma de la ley de los gases ideales se puede utilizar convenientemente si conoce la masa de gas presente, en lugar de su volumen. Por supuesto, puede volver a convertir a volumen simplemente invirtiendo el proceso.
Unidades razonables
Al convertir volumen en densidad, es razonable utilizar unidades comúnmente empleadas y proporcionalmente razonables. Por ejemplo, aunque es posible hacerlo, normalmente nadie informa la densidad en gramos por yarda cúbica o libras por centímetro cúbico. Las unidades más estándar son gramos por centímetro cúbico y libras por yarda cúbica. Esto se debe a que un volumen pequeño de material generalmente pesa poco, por lo que se emplearían unidades de peso tan pequeñas cuando se utilizan volúmenes más pequeños. Las masas más grandes requieren volúmenes más grandes.
Sistemas de medición consistentes
Por último, las unidades métricas de masa deben usarse con unidades métricas de volumen, en lugar de las unidades estándar "inglesas", y así sucesivamente. El uso de litros para el volumen requiere kilogramos en lugar de libras. Por otro lado, el uso de cuartos de galón requiere el uso de onzas, en lugar de mililitros, en el caso de líquidos.