- Masse volumique
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Le thermomètre de Galilée utilise la variation de la masse volumique
du liquide incolore en fonction de la températureLa masse volumique est une grandeur physique qui caractérise la masse d'un matériau par unité de volume.
Elle est généralement notée par les lettres grecques ρ (rhô) ou µ (mu). On utilise ces deux notations en fonction des habitudes du domaine de travail. Toutefois le BIPM (Bureau international des Poids et Mesures) recommande d'utiliser la notation ρ[1].
Elle est déterminée par le rapport
, où
est la masse de la substance homogène occupant un volume
.
La masse volumique est le synonyme moderne des expressions désuètes « densité absolue » et « densité propre »[2], ou encore « masse spécifique ».
La masse volumique est l'inverse du volume massique.
Sommaire
Unités de mesure
L'unité de mesure de la masse volumique dans le système international est le kilogramme par mètre cube (kg·m-3 ou kg/m3), mais on utilise couramment le g/cm3, le kg/L ou la t/m3 (ces trois dernières unités donnant exactement le même nombre : proche de 1 dans le cas de l'eau par exemple)... ou toute autre unité exprimée par le rapport d'une unité de masse et d'une unité de volume.
Dans le système CGS, elle s'exprime en g/cm3. Cette unité a l'avantage de donner des valeurs numériques de l'ordre de l'unité pour les solides dans des conditions raisonnables de température et de pression.
Remarques
- La valeur numérique est la même dans plusieurs unités car 1 g/cm3 = 1 kg/dm3 = 1 kg/L = 1 t/m3.
- La masse volumique de l'eau est très proche de 1 kg/L. Ce n'est pas un hasard, car cela résulte des premières tentatives de définition du kilogramme comme la masse d'un litre d'eau à 4 °C (température pour laquelle la masse volumique de l'eau est maximale) ; la valeur exacte de la masse volumique de l'eau à 4 °C est de 0,999973 kg/L[réf. nécessaire].
Masse volumique et densité
Article détaillé : Densité.La densité d'un matériau est, pour les solides et les liquides, le rapport de la masse volumique de ce matériau à celle de l'eau.
Pour les gaz, la densité est calculée en rapport avec la masse volumique de l'air.
Dans les deux cas, la densité est forcément un nombre sans dimension.
La masse volumique de l'eau valant, à 3,98 °C, 1 g/cm³, la densité d'un liquide ou d'un solide s'exprime par la même valeur numérique que sa masse volumique en g/cm³ ou en kg/ℓ : par exemple, il est équivalent de dire que la densité de l'éthanol est de 0,79 ou que sa masse volumique est de 0,79 g/cm³. Ceci donne lieu à des confusions fréquentes entre les concepts de masse volumique et de densité. À noter également comme source d'erreur supplémentaire, la traduction anglaise de masse volumique qui est density.
Les différentes masses volumiques en milieux granulaires
La masse volumique en vrac ou apparente
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. C'est le rapport entre la masse de matériau et le volume apparent de l'ensemble des grains.
Pour les matériaux usuels de construction (sable, graviers, etc.) cette masse volumique varie entre 1 400 et 1 600 kg/m³.
La masse volumique réelle
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 les granulats courants, cette masse volumique varie entre 2 500 et 2 650 kg·m-3 et pour le ciment, elle varie entre 2 850 et 3 100 kg·m-3 selon la catégorie.
La masse volumique absolue ou de la matière
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. C'est le rapport de la masse du matériau sur le volume réel auquel on a soustrait le volume des pores (ouverts et fermés). La masse volumique absolue est égale à la masse volumique réelle dans le cas des matériaux non poreux.
Instrument de mesure
La masse volumique d'un liquide, d'un solide ou d'une pâte peut être déterminée à l'aide d'un pycnomètre ou par le débitmètre à effet Coriolis.
Masse volumique des solutions
La masse volumique d’une solution est la somme des concentrations massiques (masses volumiques partielles) des composants de la solution:
où mi est la masse du composant i dans le mélange, V volume de mélange, ρi la concentration massique du composant i dans le mélange.
Autre expression
Tables des masses volumiques de diverses substances
La masse volumique varie selon plusieurs paramètres. Elle dépend notamment de la température et, particulièrement pour les gaz, de la pression. Certains matériaux (dont le bois) 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 de 20 °C, sous la pression atmosphérique normale (1 013 hPa).
Roches, minéraux, matériaux usuels
Roches, minéraux, matériaux usuels masse volumique
kg/m3ardoise 2 700 - 2 800 amiante 2 500 argile 1 700 béton 2 200 (armé 2 500) béton bitumineux dit enrobé 2 350 calcaire 2 600 - 2 700 compost 550 - 600[3],[4] craie 1 250 diamant 3 517 granite 2 600 - 2 700 grès 2 600 kaolin 2 260 marbre 2 650 - 2 750 quartz 2 650 pierre ponce 910 porcelaine 2 500 sable 1 600 silicium 2 330 terre végétale 1 250 verre à vitres 2 530 Métaux et alliages
Métaux et alliages masse volumique
kg/m3acier 7 500-8 100[5],[6] acier rapide HSS 8 400 - 9 000 fonte 6 800 - 7 400 aluminium 2 700 argent 10 500 béryllium 1 848 bronze 8 400 - 9 200 carbone (diamant) 3 508 carbone (graphite) 2 250 constantan 8 910 cuivre 8 920 duralumin 2 900 étain 7 290 fer 7 860 iridium 22 560 laiton 7 300 - 8 800 lithium 530 magnésium 1 750 mercure 13 545,88 molybdène 10 200 nickel 8 900 or 19 300 osmium 22 610 palladium 12 000 platine 21 450 plomb 11 350 potassium 850 tantale 16 600 titane 4 500 tungstène 19 300 uranium 18 700 vanadium 6 100 zinc 7 150 Liquides
Liquides masse volumique
kg/m3acétone 790 acide acétique 1 049 azote à -195 °C 810 brome à 0 °C 3 087 eau à 4 °C 1000,00 eau de mer 1 030 essence 750 éthanol 789 éther 710 gasoil 850 glycérine 1 260 hélium à -269 °C 150 huile d'olive 920 dihydrogène à -252 °C 70 dioxygène à -184 °C 1 140 lait 1 030 sang humain 1 056-1066 Gaz
Gaz à 0 °C formule masse volumique
kg/m3 ou g/Lacétylène C2H2 1,170 air - 1,293 air à 20 °C - 1,204 ammoniac NH3 0,77 argon Ar 1,783 2 diazote N2 1,250 51 isobutane C4H10 2,670 butane (linéaire) C4H10 2,700 dioxyde de carbone CO2 1,976 9 vapeur d'eau à 100 °C H2O 0,597 7 hélium He 0,178 5 dihydrogène H2 0,089 9 krypton Kr 3,74 néon Ne 0,90 monoxyde de carbone CO 1,250 ozone O3 2,14 propane C3H8 2,01 radon Rn 9,73 Matières plastiques
Matières plastiques masse volumique
kg/m3Caoutchouc (matériau) 920 à 990 Polypropylène 850 - 920 Polyéthylène basse densité 890 - 930 Polyéthylène haute densité 940 - 980 ABS 1 040 - 1 060 Polystyrène 1 040 - 1 060 Nylon 6,6 1 120 - 1 160 Polyacrylate de méthyle 1 160 - 1 200 Polyméthacrylate de méthyle (PMMA - Plexiglas) 1 180 - 1 190 PVC + plastifiant 1 190 - 1 350 Bakélite 1 350 - 1 400 Polyéthylène téréphtalate 1 380 - 1 410 Polychlorure de vinyle (PVC) 1 380 - 1 410 Bois
Le bois est une matière vivante dont la masse volumique varie principalement selon plusieurs paramètres notamment l’essence et l’humidité.
Selon l’essence Bois masse volumique
kg/m3acajou 700 balsa 140 buis 910 - 1 320 cèdre 490 chêne 610 - 980 chêne (cœur) 1 170 Contreplaqué 440 - 880 ébène 1 150 frêne 840 hêtre 800 liège 240 peuplier 390 pin 500 platane 650 sapin 450 teck 860 Selon l’humidité Famille d'essence[7] Humidité sur masse brute Masse volumique
kg/m3Bois tendres (résineux) 0 % 450 20 % 560 50 % 900 Bois moyens 0 % 550 20 % 690 50 % 1 100 Bois durs (feuillus) 0 % 650 20 % 810 50 % 1 300 Éléments
Masse volumique des éléments à l'état standard, à température et pressions ambiantes, en g·cm-3 :
H He Li
0,534Be
1,848B
2,34C
2N O F Ne Na
0,971Mg
1,738Al
2,6989Si
2,33P
1,82S
2,07Cl Ar K
0,89Ca
1,54Sc
2,989Ti
4,51V
6Cr
7,15Mn
7,3Fe
7,874Co
8,9Ni
8,902Cu
8,96Zn
7,134Ga
5,904Ge
5,323As
5,72Se
4,79Br
3,12Kr Rb
1,532Sr
2,64Y
4,469Zr
6,52Nb
8,57Mo
10,22Tc
11,5Ru
12,1Rh
12,41Pd
12,02Ag
10,5Cd
8,69In
7,31Sn
7,29Sb
6,68Te
6,23I
4,93Xe Cs
1,87Ba
3,62* Hf
13,31Ta
16,4W
19,3Re
20,8Os
22,587Ir
22,562Pt
21,45Au
19,3Hg
13,546Tl
11,85Pb
11,35Bi
9,79Po
9,2At Rn Fr
1,87Ra
5** Rf Db Sg Bh Hs Mt Ds Rg Cn Uut Uuq Uup Uuh Uus Uuo * La
6,145Ce
6,77Pr
6,773Nd
7,008Pm
7,264Sm
7,52Eu
5,244Gd
7,901Tb
8,23Dy
8,551Ho
8,795Er
9,066Tm
9,321Yb
6,9Lu
9,841** Ac
10,07Th
11,72Pa
15,37U
19,1Np
20,25Pu
19,816Am
12Cm
13,51Bk
13,25Cf
15,1Es
8,84Fm Md No Lr
Masse volumique des éléments à leur point de fusion en g·cm-3 [8] :H
0,071He Li
0,512Be
1,69B
2,08C N O F Ne Na
0,927Mg
1,584Al
2,375Si
2,57P S
1,819Cl Ar K
0,828Ca
1,378Sc
2,8Ti
4,11V
5,5Cr
6,3Mn
5,95Fe
6,98Co
7,75Ni
7,81Cu
8,02Zn
6,57Ga
6,08Ge
5,6As
5,22Se
3,99Br Kr Rb
1,46Sr
6,98Y
4,24Zr
5,8Nb Mo
9,33Tc Ru
10,65Rh
10,7Pd
10,38Ag
9,32Cd
7,996In
7,02Sn
6,99Sb
6,53Te
5,7I Xe Cs
1,843Ba
3,338* Hf Ta
15W
17,6Re
18,9Os
20Ir
19Pt
19,77Au
17,31Hg Tl
11,22Pb
10,66Bi
10,05Po At Rn Fr Ra ** Rf Db Sg Bh Hs Mt Ds Rg Cn Uut Uuq Uup Uuh Uus Uuo * La
5,94Ce
6,55Pr
6,5Nd
6,89Pm Sm
7,16Eu
5,13Gd
7,4Tb
7,65Dy
8,37Ho
8,34Er
8,86Tm
8,56Yb
6,21Lu
9,3** Ac Th Pa U
17,3Np Pu
16,63Am Cm Bk Cf Es Fm Md No Lr Notes et références
- (fr)8e édition de 2006 de la Brochure du Système international d'unités, page 31
- PUF, Paris, 1988, page 217 Élie Lévy, Dictionnaire de physique,
- (fr)Documentation sur le compostage
- (fr)Rapport final du projet : Mise en oeuvre de la technique du Bois Raméal Fragmenté (BRF) en agriculture wallonne. Juin 2006, page 17
- J.-L. Fanchon, Guide de mécanique — Sciences et technologies industrielles, Nathan, 2001 (ISBN 2-09-178965-8), p. 538
- http://www.otua.org/Prop_Physiques/ProEurope.asp
- Définitions, équivalences énergétiques, méthodologie pour l'utilisation du tableau de bord des statistiques du bois énergie. DGEMP-Ademe
- (en) David R. Lide, CRC Handbook of Chemistry and Physics, CRC Press Inc, 2009, 90e éd., Relié, 2804 p. (ISBN 978-1-420-09084-0)
Voir aussi
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