Dentsitate (fisika)

masa bolumen unitateko

Fisikan eta Kimikan, dentsitatea deritzo bolumen jakin batean dagoen masaren kantitateari dagokion magnitudeari. Zehatzago izendaturik, "masa-dentsitatea" edo "dentsitate masikoa" terminoak ere erabiltzen dira preseski, zein magnituderen dentsitatea den adierazteko; izan ere, masa magnitudearekin erabiltzeaz gain, "dentsitate" izena elkartutik agertzen da hainbat magnitude fisikorekin, hala nola "energia-dentsitatea", "korronte-dentsitatea"... terminoetan. Dena den, artikulu hau masa-dentsitateari buruzkoa da, eta hemendik aurrera dentsitate hitz hutsaz aipatuko da, bestelako magnituderen izenik erantsi gabe.

Dentsitate (fisika)
Magnitude mota materialen propietate mekanikoa eta neurtutako kantitatea
Formula
Formulako ikurra
Ohiko ikurra eta
Neurtzeko unitatea kilogramo metro kubikoko
Dimentsioa
Nondik kalkulatua masa eta Bolumen

Dentsitate hitza latinezko densĭtas, -ātis hitzetik dator, eta greziar alfabetoko  letrarekin sinbolizatzen da ("rho" deitzen da). Magnitude eratorria da, dimentsioa duena, eta nazioarteko SI sisteman dagokion unitatea edo da. Ur puruaren dentsitatea da -ko tenperaturan.[1]

Dentsitate kontzeptuari buruzko historia laburraAldatu

 
Arkimedes bainua hartzen, eskuin behealdean Hieron-en koroa dagoela, XVI. mendeko ilustrazio batean.

Kondaira zahar batek kontatzen duenez, Sirakusako Hieron II.ak (K.a. 308–K.a. 215) susmoa zeukan bitxigile batek urrea lapurtu ote zion koroa bat fabrikatzean. Nahiz eta koroak urretan emandako pisu berbera zeukan, erregeak uste izan zuen urre guztia ez zegoela koroan, baizik eta urrearen parte bat beste metal batez ordezkatua izan zela, zilarraz edo. Hortaz, bere garaiko jakintsu handienetakoa zen Arkimedesi (K.a. 287–K.a. 212) eskatu zion arazoa argitzea.

 
Koroa eta urrea uretan murgiltzean, urreak bere aldera desorekatu omen zuen balantza.

Elezaharrak dioenez, bainu bat hartzen ari zelarik, jarritako problema horri buruzko hausnarketan ziharduela, Arkimedes konturatu zen, uretara sartzean bainuontziko uraren gainazala igo egiten zela, bere gorputzak uretan betetzen zuen bolumenaren kausaz. Sakonago pentsatuz, eta ideia bera koroaren bolumenari aplikatuz, ondorioztatu zuen ezen, gorputza zenbat eta astunago izan, hainbat eta bolumen txikiagoa betetzen zuela. Berak bazekien urrea beste metal guztiak baino askoz astunagoa zela, eta beste edozein metalek bolumen handiago behar zuela urrearen pisu bera izateko. Kontakizunak dioenez, aurkikuntza hori egitean hain pozik jarri zen ezen biluzik eta korrika irten zela bainuontzitik kalera «Eureka! Eureka!» oihukatuz (grezieraz Εύρηκα hitzak «aurkitu dut» esan nahi zuen).

Gaur egun, hizkuntza askotan erabiltzen da hitz hori, aurkikuntza-uneko pozkaria adierazteko. Hortik hasi omen zen dentsitate kontzeptua zehazten. Baina, izatez, istorio hori gertatu baino bi mende geroago agertu zen lehen aldiz testu idatzi batean, Marko Vitrubiok idatzitako De Architectura[2] liburuan, preseski; horregatik, jakintsu askok zalantzan jartzen dute kontakizun horren egiazkotasuna.[3]

Istorio beraren beste bertsio batek dioenez, Arkimedesek goranzko bultzada bat sentitu omen zuen uretan sartzean, eta pentsatu zuen uretan sarturiko edozein gorputzek goranzko bultzada hori jasotzen zuela, baita erabat murgildurik ez zeudenak ere; hortik, gorputz arinak flotatzea, baina gorputz astunak hondoratzea. Eta horregatik, zenbat eta dentsoagoak izan, bultzada txikiagoa jasotzea pisu berean, alboko animazioko irudian ikus daitekeenez. Bertsio horretatik abiaturik sortu zen gaur egun Arkimedesen printzipioa izenaz ezagutzen duguna.

Mota desberdinetako dentsitateakAldatu

 
Likido nahastezinen zutabea, dentsitatearen arabera

Masa-dentsitatearen definizio orokorrean oinarriturik, praktikan hortik eratorritako beste "dentsitate" batzuk definitu ohi dira.

Dentsitate absolutuaAldatu

Definizioz, substantzia jakin baten masa-dentsitatea edo dentsitate absolutua deritzo substantzia horren masaren eta bolumenaren arteko zatidurari. Gorputzak homogeneoak direnean, balio hori gorputz osoari eta beraren parte guztiei dagokie. Baina gorputz fisikoek substantzia desberdinez osaturik egon daitezkeenez —heterogeneoak direnean—, parte batetik bestera dentsitate desberdinak izan ditzakete. Horregatik, gorputzen ez-homogeneotasun hori kontuan harturik, batez besteko dentsitatea (edo dentsitate "globala") eta puntuko dentsitatea edo "dentsitate puntuala" definitzen dira.

Batez besteko dentsitateaAldatu

Definizioz, edozein formako eta substantziako gorputz baten batez besteko dentsitate absolutua gorputzaren masaren eta bolumenaren arteko erlazioa da:

 
Gorputza homogeneoa dela esaten da, puntu guztietan material berbera badu; horrek esan nahi du, bere puntu guztietan dentsitate berbera duela. Baina gerta daiteke gorputza homogeneoa ez izatea, hau da, materiala berbera ez izatea puntu guztietan, eta ezta dentsitatea ere; orduan gorputza ez-homogeneoa edo heterogeneoa dela esaten da.

Dentsitate puntualaAldatu

Gorputz ez-homogeneoetako puntu desberdinetan dentsitate desberdinak daudenez, puntu bakoitzaren inguruko dentsitateaz hitz egiten da: dentsitate puntuala da hori (puntu bakoitzaren inguru hurbileko dentsitatea, alegia). Bistan denez, batez besteko dentsitatea eta dentsitate puntuala desberdinak izango dira, oro har, gorputz ez-homogeneoetan. Puntu jakin baten inguruko   bolumen txikia kontuan hartuz, eta bolumen horri dagokion masa   izanik, honelaxe definitzen da limite modura   puntu jakinaren dentsitate puntuala,   :

 
Material homogeneoen kasuan, puntu guztietako dentsitate puntuala eta gorputz osoaren batez besteko dentsitatea elkarren berdinak dira. Hortaz, material homogeneo bakoitzak bere dentsitatea du, beste materialetatik desberdina dena. Adibide modura, berunezko objektu bat kortxozko (artelazkizko) beste objektu bat baino dentsoagoa da —dentsitate handiagoa du—, tamainaren menpekotasunik gabe.

Dentsitate erlatiboaAldatu

Definizioz, substantzia homogeneo baten dentsitate erlatiboa (  sinboloaz adierazi ohi da) ere dentsitate absolutuaren eta eta uraren dentsitate absolutuaren arteko zatidura da:

 
Gorago aipatu den bezala, sistema metriko hamartarrean, uraren dentsitate absolutua   da, edo gauza bera dena,  , neurketa egitean presioa eta tenperatura honako hauek izanik hurrenez hurren:   eta  . Definizioaren ondorioz, baldintza horietan uraren dentsitate erlatiboa   da, dimentsiorik gabea, ura hartzen baita substantzia guztientzako erreferentziatzat. Alegia, dentsitate erlatiboa magnitude adimentsionala da, bi dentsitate absoluturen arteko zatidura baita. Praktikan, likido eta solidoen kasuan erabiltzen da uraren dentsitatea erreferentziatzat hartzen duen definizio hori.

Gasen kasuan, dentsitate absolutuak askoz txikiagoak direnez, ohitura dago erreferentziatzat airearen dentsitatea hartzeko, Aireak  -ko presioan eta  -ko tenperaturan daukan dentsitate absolutuak   balio du.

Masa-dentsitatearen neurketaAldatu

 
Likidoen dentsitatea neurtzeko dentsimetro arrunta.

Dentsitatea lortzeko hainbat modu daude. Objektu zurrunen kasuan, zeinetan dentsitatea urarena baino handiagoa den, lehenik balantza batean neurtzen da masa, eta ondoren, bolumena lortzen da. Bolumena kalkulatzeko, objektua uretan sartzean desplazatutako uraren kantitatea neurtzen da; dena den, objektuaren forma geometrikoa ezaguna bada, bolumenaren kalkulua modu zuzenean egin daiteke formula geometrikoa erabiliz. Bukatzeko, masaren eta bolumenaren arteko zatidura kalkulatzen da, eta horixe da dentsitate absolutuaren balioa.

DentsimetroaAldatu

Likidoen dentsitatea praktikan neurtzeko, dentsimetro izeneko tresna erabil daiteke. Dentsimetroa bi aldetatik itxita dagoen hodi bat da, mutur batean pisu astuna duena, likidoan murgiltzean zutik geratzen dena flotatzen, erabat hondoratu gabe; hodiaren beste aldea kalibratuta dago, noraino murgiltzen den neurtu ahal izateko. Kalibrazioari esker, dentsimetroa sartzean zuzenean neurtzen da likidoaren dentsitatea. Horretarako, likidoak  -ko tenperatura izan behar du, eta dentsimetroak geldi egon behar du irakurketa egiten den bitartean.

Dentsitatearen unitateakAldatu

Dentsitatea adierazteko gehien erabiltzen diren unitateak honakoak dira:

  • SI sistemako unitatea   da, eta “kilogramo zati metro kubiko” edo "kilogramo metro kubiko bakoitzeko" irakurtzen da.
  • Zenbait arlotan   unitatea erabiltzen da ("gramo zati zentimetro kubiko")
  • Likidoekin ohikoa da   unitatea ("kilogramo litroko" irakurtzen da), edo, gauza bera dena,  . Uraren dentsitatea   denez, baliokidetza dago:
     
  • Likido biologikoen kasuan masa-dentsitatea   (alegia,  ) unitatetan adierazi ohi da ("gramo litroko" irakurtzen da).
  • Gasen kasuan ere, "gramo litroko" unitatea erabiltzen da gehienetan, gas idealen konstante unibertsalaren unitatetan,   , ageri den litro unitatearekin batera joateko.

Dentsitatearen aldaketa tenperatura eta presioaren funtzioanAldatu

Masa-dentsitateak tenperaturaren funtzioan duen aldaketa bero-dilatazioaren koefizientearen (zabalkuntza-koefizientearen) bidez deskribatzen da solido eta likidoen kasuan.

Ur puruaren dentsitateaAldatu

 
Iceberg baten fotomuntaia, ur likidoan flotatzen, izotzaren dentsitatea ur likidoarena baino txikiagoa baita.

Ur puruaren portaerak berezitasun bat ageri du. Normalean, solido eta likidoen masa-dentsitatea txikiagotuz doa tenperatura igo ahala, baina uraren kasuan, ur likidoaren dentsitate maximoa (presio atmosferiko normalean)   balioko tenperaturan gertatzen da; zehazki, tenperatura horretan   da. Bestela esanda,   tenperatura-bitartean, tenperatura igotzean, dentsitatea handiagotu egiten da. Hain zuzen,  -an, ura fase likidoan dagoela, beraren dentsitateak   balio du; gainera, tenperatura horretan ura fase solidoan izotz bihurturik egonik, izotzaren dentsitatea   da. Arrazoi horrengatik, izotza flotatzen geratzen da urazalean, iceberg-en kasuan bezala.[4] Bestalde, grafikoan ikus daitekeenez, dentsitatearen kurbak forma parabolikoa du, gutxi gorabehera.

 
Ur puruaren masa-dentsitatearen balioa tenperaturaren funtzioan, eta balio horiei dagokien grafiko lineala.

Gasen lege orokorraAldatu

Gas idealen lege orokorrak   presio,   tenperatura eta   bolumen aldagaien arteko erlazio matematikoa adierazten du:

 

non   molen kopurua den eta   gasen konstantea ( ). Gasaren masa konstantea deean, legearen arabera,   eta   egoeretan hiru aldagai horiek izan dituzten balioen artean erlazio hau betetzen da:

 
Zer esanik ez, bi egoeretako presioa berbera den kasuan ( ), bolumena eta tenperatura elkarren proportzionalak izango dira:

 

Baina dentsitatea   denez, horrek esan nahi du dentsitatea eta tenperatura alderantziz proportzionalak direla:

 

Airearen dentsitateaAldatu

Airea gasa izanik, oso kontuan eduki behar da, beraz, presioak masa-dentsitatean daukan eragina. Baina presio konstantepean agerikoa izango da alderantzizko proportzionaltasun hori. Aire lehorraren kasuan, ondoko taula eta grafikoa presio atmosferiko normalean,  , harturiko neurriei dagozkie. Datu esperimentalak nahiko ondo hurbiltzen dira gas idealen eredu teorikora, dentsitatearen eta tenperaturaren arteko alderantzizko proportzionaltasuna erakutsiz, gutxi gorabehera.

 
Aire lehorraren dentsitatea tenperaturaren funtzioan.
Aire lehorraren masa-dentsitatea tenperaturaren funtzioan

  presiopean

  tenperatura

( )

  dentsitatea

 

  tenperatura

( )

  dentsitatea

 

−10 1,341 +40 1,127
−5 1,316 +45 1,110
0 1,292 +50 1,092
+5 1,269 +55 1,076
+10 1,247 +60 1,060
+15 1,225 +65 1,044
+20 1,204 +70 1,029
+25 1,184 +75 1,014
+30 1,164 +80 1,000
+35 1,146 +85

Hainbat substantziaren masa-dentsitateaAldatu

Substantzia Dentsitatea

 

Olioa
920
Altzairua
7850
Ura
1000
Itsasoko ura
1027
Airea
1.3
Alkohola
780
Aluminioa
2700
Karbonoa
2260
Kautxua
950
Giza gorputza
950
Diamantea
3515
Gasolina
680
Izotza
920
Burdina
7800
Hormigoia
2400
Zura
900
Merkurioa
13600
Urrea
19600
Pomez harria
700
Zilarra
10500
Platinoa
21400
Beruna
11300
Poliuretanoa
40
Odola
1480 - 1600
Lurra (Planeta)
5515
Beira
2500

Elementu kimikoen dentsitateaAldatu

Ondoko taula periodikoan, elementu kimikoek laborategiko baldintzetan duten dentsitatea dago adierazita,  unitatetan emana. Izatez, osmioak eta iridioak dentsitatea handiagoa daukaten elementuen dentsitatea teorikoa da, zeren elementu erradioaktibo superastunak oso kantitate txikietan sortzen baitira edo bizkorregi desintegratzen baitira neurketa egin ahal izateko.

H He
Li

0,534

Be

1,848

B

2,34

C

2

N O F Ne
Na

0,971

Mg

1,738

Al

2,6989

Si

2,33

P

1,82

S

2,07

Cl Ar
K

0,89

Ca

1,54

Sc

2,989

Ti

4,51

V

6

Cr

7,15

Mn

7,3

Fe

7,874

Co

8,9

Ni

8,902

Cu

8,96

Zn

7,134

Ga

5,904

Ge

5,323

As

5,72

Se

4,79

Br

3,12

Kr
Rb

1,532

Sr

2,64

Y

4,469

Zr

6,52

Nb

8,57

Mo

10,22

Tc

11,5

Ru

12,1

Rh

12,41

Pd

12,02

Ag

10,5

Cd

8,69

In

7,31

Sn

7,29

Sb

6,68

Te

6,23

I

4,93

Xe
Cs

1,87

Ba

3,62

* Lu

9,841

Hf

13,31

Ta

16,4

W

19,3

Re

20,8

Os

22,587

Ir

22,562

Pt

21,45

Au

19,3

Hg

13,546

Tl

11,85

Pb

11,35

Bi

9,79

Po

9,2

At Rn
Fr

1,87

Ra

5

** Lr Rf

23,2

Db

29,3

Sg

35

Bh

37,1

Hs

40,7

Mt

37,4

Ds

34,8

Rg

28,7

Cn Nh Fl Mc Lv Ts Og
* La

6,145

Ce

6,77

Pr

6,773

Nd

7,008

Pm

7,264

Sm

7,52

Eu

5,244

Gd

7,901

Tb

8,23

Dy

8,551

Ho

8,795

Er

9,066

Tm

9,321

Yb

6,9

** Ac

10,07

Th

11,72

Pa

15,37

U

19,1

Np

20,25

Pu

19,816

Am

12

Cm

13,51

Bk

13,25

Cf

15,1

Es

8,84

Fm Md No

Bestalde, hauxe da elementuen masa-dentsitatea euren fusio-puntuan eta  unitatean emana:

H

0,071

He
Li

0,512

Be

1,69

B

2,08

C N O F Ne
Na

0,927

Mg

1,584

Al

2,375

Si

2,57

P S

1,819

Cl Ar
K

0,828

Ca

1,378

Sc

2,8

Ti

4,11

V

5,5

Cr

6,3

Mn

5,95

Fe

6,98

Co

7,75

Ni

7,81

Cu

8,02

Zn

6,57

Ga

6,08

Ge

5,6

As

5,22

Se

3,99

Br Kr
Rb

1,46

Sr

6,98

Y

4,24

Zr

5,8

Nb Mo

9,33

Tc Ru

10,65

Rh

10,7

Pd

10,38

Ag

9,32

Cd

7,996

In

7,02

Sn

6,99

Sb

6,53

Te

5,7

I Xe
Cs

1,843

Ba

3,338

* Lu

9,3

Hf Ta

15

W

17,6

Re

18,9

Os

20

Ir

19

Pt

19,77

Au

17,31

Hg Tl

11,22

Pb

10,66

Bi

10,05

Po At Rn
Fr Ra ** Lr Rf Db Sg Bh Hs Mt Ds Rg Cn Nh Fl Mc Lv Ts Og
* La

5,94

Ce

6,55

Pr

6,5

Nd

6,89

Pm Sm

7,16

Eu

5,13

Gd

7,4

Tb

7,65

Dy

8,37

Ho

8,34

Er

8,86

Tm

8,56

Yb

6,21

** Ac Th Pa U

17,3

Np Pu

16,63

Am Cm Bk Cf Es Fm Md No

Beste magnitude fisiko batzuen dentsitateakAldatu

Hasierako aurkezpenean aipatu denez, Fisikako hainbat arlotan erabiltzen da “dentsitate” kontzeptua. Horrelakoak ondoko taula eskematikoan adierazi dira, magnitude fisiko horien dentsitateak zer esan nahi duten azalduz.

Magnitude fisiko bati

dagokion dentsitatea

Dentsitatearen

esanahia

SI sistemako

unitatea

fluxu magnetikoaren dentsitatea azalera-unitateko indukzio magnetikoa  
energia-dentsitatea bolumen-unitateko energia  
bero-fluxuaren dentsitatea azalera-unitateko potentzia termikoa  
karga elektrikoaren dentsitatea bolumen-unitateko karga elektrikoa  
korronte elektrikoaren dentsitatea azalera-unitateko korronte elektrikoa  
dentsitate optikoa distantzia-unitateko argiaren absortzioa  
dentsitatea mekanika kuantikoan partikula aurkitzeko probabilitatea  

ErreferentziakAldatu

  1. Zientzia eta Teknologiaren Hiztegi Entziklpedikoa. .
  2. (Gaztelaniaz) https://es.wikipedia.org/wiki/De_architectura. .
  3. (Ingelesez) 305, Science. (2004). The First Eureka Moment. , 1219 or. ISBN [[Special:BookSources/Vol. 305, Issue 5688, pp. 1219 DOI: 10.1126/science.305.5688.1219e|Vol. 305, Issue 5688, pp. 1219 DOI: 10.1126/science.305.5688.1219e]].
  4. (Gaztelaniaz) ¿Por qué el agua del fondo de los lagos y ríos no se congela?. .

BibliografiaAldatu

  • Etxebarria Bilbao, J.R. (arg.) Fisika orokorra (2. argitalpena), UEU, (2003) ISBN 9788484380450. Noiz kontsultatua: 2018-12-07
  • M. Fishbane, Paul (2008) Fisika zientzialari eta ingeniarientzat. 1. bolumena, (1.etik-21.era Gaiak) Universidad del País Vasco/Euskal Herriko Unibertsitatea ISBN 9788490820308 PMC932800438.
  • Marcelo Alonso, Edward J. Finn (1976). Física. Fondo Educativo Interamericano. ISBN 84-03-20234-2

Ikus gaineraAldatu