Le volume est la quantité d'espace qu'une substance occupe en trois dimensions, que cette quantité soit mesurée en centimètres cubes, en mètres cubes ou dans une autre unité de volume. La substance peut être solide, liquide ou gazeuse. Le poids ou la masse ne joue aucun rôle dans la prise en compte du volume. Si l'on souhaite connaître la densité d'une substance qui occupe un volume, il faut alors introduire la masse.
L'équation
La relation mathématique entre la densité et le volume est simple.
L'équation mathématique est D = M / V. La densité est égale à la masse, qu'elle soit en grammes, en livres ou dans une autre unité, divisée par le volume que cette masse occupe. Si un morceau de métal pèse 25 g et a un volume de 5 cm cube, sa densité est de 25 g / 5 cm cube = 5 g par cm cube.
Loi des gaz parfaits
La loi des gaz parfaits illustre comment, si une équation contient un volume, le terme densité pourrait le remplacer à bon escient. Cette loi des gaz lit habituellement PV = nRT, où P est la pression, n est le nombre de moles de gaz considéré, R est la constante des gaz parfaits et T est la température. Maintenant, le nombre de moles est lié à la masse ou au poids et peut être écrit n = m / MW, où m est la masse de gaz et M est son poids moléculaire. L'équation des gaz parfaits peut alors s'écrire PV = (m / M) RT.
Conversion du volume en densité
En divisant les deux membres de l'équation par le volume, V, on trouve alors P = (m / MV) RT. En combinant l'équation 1 avec l'équation 4, nous obtenons P = (D/M) RT.
Nous avons effectivement éliminé complètement le volume de l'équation, le remplaçant par la densité. Nous avons converti le volume en densité. Cette forme de loi des gaz parfaits peut commodément être utilisée si vous connaissez la masse de gaz présent plutôt que son volume. Bien sûr, vous pouvez reconvertir en volume en inversant simplement le processus.
Unités raisonnables
Lors de la conversion du volume en densité, il est raisonnable d'utiliser des unités couramment utilisées et proportionnellement raisonnables. Par exemple, bien qu'il soit possible de le faire, personne ne rapporte habituellement la densité en grammes par mètre cube ou en livres par centimètre cube. Les unités plus standard sont les grammes par centimètre cube et les livres par yard cube. En effet, un petit volume de matériau pèse généralement peu, et si peu d'unités de poids seraient utilisées lors de l'utilisation de volumes plus petits. Des masses plus importantes appellent des volumes plus importants.
Systèmes de mesure cohérents
Enfin, les unités métriques de masse doivent être utilisées avec des unités métriques de volume, plutôt que les unités « anglaises » standard, et ainsi de suite. L'utilisation de litres pour le volume appelle des kilogrammes plutôt que des livres. D'autre part, l'utilisation de quarts nécessite l'utilisation d'onces, plutôt que de millilitres, dans le cas du liquide.
