Masse volumique

Lamasse volumiqued'unesubstance, aussi appeléedensitévolumique de masse, est unegrandeur physiquequi caractérise lamassede cette substance par unité devolume. C'est l'inverse duvolume massique. La masse volumique est synonyme des expressions désuètes « densité absolue », « densité propre », ou encore « masse spécifique ».
Cette grandeur physique est généralement notée par leslettres grecquesρ(rhô) ouµ(mu). Leur usage dépend du domaine de travail. Toutefois, leBIPMrecommanded'utiliser la notationρ.
Il ne faut pas confondre la masse volumique d'unesubstanceavec sadensité, cette dernière étant le rapport de la masse volumique de la substance à celle de l'eau (pour des substancessolidesouliquides) ou de l'air(pour des substancesgazeuses). La masse volumique de l'eau valant1g/cmà3,98°C, la densité d'un solide ou d'un liquide s'exprime par la même valeur numérique que sa masse volumique eng/cmou enkg/l. Par exemple, il est équivalent de dire que la densité de l'éthanol est de 0,79 ou que sa masse volumique est de0,79g/cm. Ceci donne lieu à des confusions fréquentes entre les concepts de masse volumique et de densité. Une source d'erreur supplémentaire est qu'enanglaisla masse volumique se ditdensity(et la densitérelative density).
La masse volumique est unegrandeur intensivedéfinie localement, en tout pointMd'une substance :
oùδm{\displaystyle \delta m}est la masse infinitésimale de la substance occupant le volumeδV{\displaystyle \delta V}infinitésimal qui entoureM. On peut aussi définir la masse volumique moyenne :
oùmest la masse de la substance etVle volume qu'elle occupe. On peut également l'obtenir par intégration :
où l'intégrale tripleest étendue à tout l'espace occupé par la substance.
L'unité de mesure de la masse volumique dans leSystème internationalest le kilogramme par mètre cube (kg/m). Dans lesystème CGS, elle s'exprime eng/cm, ce qui a l'avantage de donner des valeurs numériques de l'ordre de l'unité pour les solides dans lesconditions normales de température et de pression(CNTP).
On utilise couramment leg/cm, lekg/lou lat/m(ces dernières unités étant numériquement équivalentes) ou toute autre unité exprimée par le rapport d'une unité de masse et d'une unité de volume.
Ces unités ne doivent pas être confondues avec la notationg/lfréquemment utilisée en chimie pour caractériser laconcentrationd'unsolutédans unesolution aqueuse. Par exemple lesérum physiologiqueest une solution à9g/lde NaCl ; cela signifie qu'il y a 9gde NaCl pour1lde solution, et pas que la masse volumique du sérum est9g/l. À la différence de la masse volumique, le gramme et le litre ne correspondent pas à la même matière.
La valeur numérique est la même dans plusieurs unités car1g/cm= 1kg/dm=1kg/l= 1t/m, et de même1g/l=1kg/mLa masse volumique de l'eau est très proche de1kg/l. Ce n'est pas un hasard car cela résulte des premières tentatives de définition dukilogrammecomme la masse d'un litre d'eau à4°C(température à laquelle la masse volumique de l'eau est maximale) ; la valeur exacte de la masse volumique de l'eau à4°Cest de0,999 972kg/l.
La masse volumique d'un liquide, d'un solide ou d'un gaz peut être déterminée à l'aide d'unpycnomètreou par ledébitmètre à effet Coriolis. Pour les solides, il est également possible d'utiliser une balance et d'effectuer une pesée dans l'air puis une pesée dans un liquide (l'eau de préférence), cette méthode permet une plus grande précision. En ce qui concerne les liquides, il est possible d'utiliser unhydromètremais la mesure ne sera pas aussi précise que lors d'une mesure simple avec un récipient étalon.
Une autre possibilité pour déterminer les densités de liquides et de gaz est d'utiliser un instrument numérique basé sur le principe du tube en U oscillant, ledensimètre électroniquedont la fréquence résultante est proportionnelle à la masse volumique du produit injecté.
Lamasse volumique apparenteest le rapport entre la masse des particules et le volume apparent qui comprend le volume du solide, celui des pores et le volume de l'espace entre les grains. Les valeurs données dans les tableaux de cet article sont définies par cette masse volumique qui est la plus couramment utilisée pour les matériaux de manière générale.
Pour les matériaux usuels de construction (sable, graviers, etc.) cette masse volumique varie entre1 400et1 600kg/m.
C'est le rapport entre la masse de matériau et le volume réel des grains (somme des volumes élémentaires des grains y compris le volume des pores fermés).
Pour lesgranulatscourants, cette masse volumique varie entre2 500et2 650kg/met pour leciment, elle varie entre2 850et3 100kg/mselon la catégorie.
Cette grandeur est intéressante pour les matériaux poreux. Pour y accéder, il faut broyer très finement le matériau et mesurer la masse volumique réelle de la poudre obtenue. La masse volumique absolue est donc le rapport de la masse du matériau sur le volume réel auquel on a soustrait le volume des pores (ouverts et fermés). Elle est égale à la masse volumique réelle dans le cas des matériaux non poreux.
La masse volumique d’une solution est la somme desconcentrations massiques(masses volumiques partielles) des composants de la solution :
où :
Autre expression :
La masse volumique est le rapport entre lamasse molaired'une solution et levolume molairede la solution :
Pour une solution avec deux composants on peut écrire :
La masse volumique est unegrandeur physiquerelative à une quantité de matière présente à l'intérieur d'un espace : c'est donc une grandeur physique moyenne.
En physique des milieux continus (mécanique des milieux continus,résistance des matériaux,mécanique des fluides,thermique,etc.), la masse volumique doit pouvoir être définie en tout point situé à l'intérieur d'un corps solide ou fluide.
Uneparticule matérielleest, précisément, à l'intérieur d'un corps, une quantité de matière dont la masse volumique est une fonction continue des coordonnées du point, en n'importe quel point que cette particule contient. La masse volumique d'une particule matérielle est donc unegrandeur physique moyennequi est, aussi, à l'échelle d'un corps, unegrandeur physique ponctuelle.
La masse volumique peut être influencée par des paramètres externes. La pression et la température de mesure en sont la source, en particulier pour les gaz. L'augmentation de la pression sur un objet diminue son volume et augmente donc sa masse volumique. La variation avec la température est décrite par lecoefficient de dilatation. Certains matériaux (dont le bois et certaines matières plastiques) pouvant absorber de l'eau, le taux d'humidité modifie aussi la masse volumique.
Pour les matériaux poreux (argile, sable, sol, bois), les masses volumiques indiquées sont des masses volumiques apparentes.
Sauf indications contraires, les masses volumiques sont données pour des corps à la température de20°C, sous lapression atmosphériquenormale (1 013hPa).
Voir[1]pour une liste de densité d'huiles (contient beaucoup d'huiles rares mais il manque plusieurs huiles très courantes telles que tournesol, colza, maïs, soya et arachide)
Leboisest une matière vivante dont la masse volumique varie selon plusieurs paramètres, principalement l'essenceet l'humidité. Les bois dont la masse volumique dépasse1 000kg mne flottent pas.
Masse volumique desélémentsà l'état standard, à température et pression ambiantes, eng/cm(les éléments d'une densité supérieure à celle de l'osmiumou de l'iridiumont seulement une densité calculée/prédite et non mesurée effectivement, ces éléments radioactifs super-lourds ont été produits en quantité trop faible ou se désintègrent trop vite pour permettre une mesure) :
Masse volumique des éléments à leurpoint de fusioneng/cm: