Il volume è la quantità di spazio che una sostanza occupa in tre dimensioni, sia che tale quantità sia misurata in centimetri cubi, iarde cubi o un'altra unità di volume. La sostanza può essere solida, liquida o gassosa. Il peso o la massa non giocano alcun ruolo nella considerazione del volume. Se si vuole conoscere la densità di una sostanza che occupa un volume, bisogna introdurre la massa.
L'equazione
La relazione matematica tra densità e volume è semplice.
L'equazione matematica è D = M / V. La densità è uguale alla massa, in grammi, libbre o un'altra unità, divisa per il volume che occupa la massa. Se un pezzo di metallo pesa 25 g e ha un volume di 5 cm cubi, la sua densità è 25 g / 5 cm cubi = 5 g per cm cubi.
Legge dei gas perfetti
La legge dei gas ideali illustra come se un'equazione contiene volume, il termine densità potrebbe sostituirlo con buoni risultati. Quella legge del gas normalmente legge PV = nRT, dove P è la pressione, n è il numero di moli di gas in esame, R è la costante del gas ideale e T è la temperatura. Ora il numero di moli è correlato alla massa o al peso e può essere scritto n = m / MW, dove m è la massa del gas e M è il suo peso molecolare. L'equazione del gas ideale può quindi essere scritta PV = (m / M) RT.
Conversione del volume in densità
Dividendo entrambi i membri dell'equazione per il volume, V, troviamo quindi P = (m / MV) RT. Combinando l'equazione 1 con l'equazione 4, otteniamo P = (D/M) RT.
Abbiamo effettivamente eliminato del tutto il volume dall'equazione, sostituendolo con la densità. Abbiamo convertito il volume in densità. Questa forma della legge dei gas ideali può essere convenientemente utilizzata se si conosce la massa del gas presente, piuttosto che il suo volume. Ovviamente puoi riconvertire il volume semplicemente invertendo il processo.
Unità ragionevoli
Quando si converte il volume in densità, è ragionevole utilizzare unità comunemente impiegate e proporzionalmente ragionevoli. Ad esempio, sebbene sia possibile farlo, nessuno normalmente riporta la densità in grammi per metro cubo o libbre per centimetro cubo. Le unità più standard sono grammi per centimetro cubo e libbre per iarda cubo. Questo perché un piccolo volume di materiale di solito pesa poco e quindi si utilizzerebbero piccole unità di peso quando si utilizzano volumi più piccoli. Masse maggiori richiedono volumi maggiori.
Sistemi di misurazione coerenti
Infine, le unità metriche di massa dovrebbero essere utilizzate con le unità metriche di volume, piuttosto che le unità standard "inglese", e così via. L'uso di litri per il volume richiede chilogrammi piuttosto che libbre. D'altra parte, l'uso di quarti richiede l'uso di once, piuttosto che millilitri, nel caso di liquido.