La densità o massa volumica di un corpo (spesso indicata dal simbolo ρ o anche δ) è pari alla massa per unità di volume.
Se m è la massa e V il volume si ha dunque:
Nel Sistema Internazionale la densità si misura in kg/m³; nel sistema CGS in g/cm³ o equivalentemente il g/ml.
Nei fluidi, i corpi con densità minore galleggiano su quelli a densità maggiore, se sottoposti ad un campo gravitazionale.
L'integrale di una densità è sempre pari a uno.
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Per i liquidi, che assumono la forma del recipiente che li contiene, la misura della densità si effettua con il picnometro, un recipiente di cui si conosce il volume con precisione, oppure con matraccio tarato. Il rapporto tra la massa del liquido in esame ed il suo volume è la densità.
Anche per i gas la misura della densità va fatta con speciali picnometri che vengono riempiti con il gas in esame alla pressione di 1 atm. Poiché il volume di un gas varia con la pressione e la temperatura, questi due parametri devono essere specificati quando si dà la densità di un gas. La densità di un gas, misurata in condizioni standard (P = 1 atm e T = 4 °C), viene definita densità normale e corrisponde al rapporto tra il peso molecolare (espresso in g) e il volume molare (22,414 litri).
Anche nel caso dei solidi, la densità dipende dalla temperatura in quanto, generalmente, il volume di un solido varia al variare della temperatura.
Un esperimento didattico per verificare ciò consiste nel prendere una sfera metallica, di massa nota, che passi appena attraverso un anello metallico (anello di Gravesande). Se la sfera viene scaldata sufficientemente, non passerà più attraverso l’anello poiché con il riscaldamento ha subito un aumento di volume e quindi di raggio. Si può però facilmente verificare che la sua massa non ha subito alcuna variazione. Si ha pertanto una diminuzione della densità quando la temperatura aumenta.
Questo comportamento è caratteristico di moltissime sostanze, indipendentemente dallo stato fisico in cui si trovano: con l’aumentare della temperatura la densità diminuisce. Un'eccezione notevole è costituita dall'acqua a temperatura compresa tra 0°C e circa 4°C; in questo intervallo un aumento di temperatura provoca una diminuzione del volume e quindi un aumento della densità.
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Per approfondire, vedi la voce densità relativa. |
La densità relativa è definita come il rapporto tra la densità del corpo in esame e quella dell'acqua pura a 4°C e 1 bar di pressione o, la qual cosa è equivalente, come il rapporto tra la massa del corpo in esame e quella di un egual volume di acqua pura (bidistillata o deionizzata) a 4°C e 1 bar di pressione. La densità relativa può essere determinata in vari modi. I corpi solidi, che hanno densità maggiore di quella dell'acqua, vengono pesati dapprima in aria e quindi in acqua, in condizioni di completa immersione. La densità relativa si ottiene dividendo il peso in aria per la diminuzione di peso del corpo immerso (vedi principio di Archimede). Per determinare la densità relativa dei fluidi si utilizzano invece strumenti appositi, detti densimetri. Nel caso siano necessarie misure molto accurate, si procede determinando la massa di un volume noto di liquido o di gas in condizioni controllate di temperatura.
Il termine densità può essere applicato anche ad altre grandezze che hanno una distribuzione spaziale. Ad esempio, il rapporto tra il numero di elettroni in un dato volume e il volume stesso è detto densità di elettroni; il rapporto tra la carica totale distribuita in un volume e il volume medesimo viene comunemente indicato come densità di carica; l'energia luminosa per unità di volume è definita come densità di energia luminosa.
In generale, quindi, la massa volumica di una grandezza è espressa mediante il rapporto tra la quantità della grandezza contenuta in un volume assegnato e il valore di quest'ultimo.
Spesso si commette l'errore, anche nei testi tecnici/scientifici (come in questo articolo), di confondere il termine densità con massa volumica, poiché nel primo caso è visto come un rapporto tra due masse volumiche, (di cui una presa come riferimento dove, per i solidi e liquidi, è l'acqua distillata a 4°C), quindi rappresentata da un semplice numero senza unità di misura (ovvero, indentificata da una grandezza adimensionale), mentre nel secondo si fa riferimento al rapporto della massa sul volume.
Nel caso in cui una grandezza (ad esempio la carica elettrica) è distribuita su di una superficie si può parlare di densità superficiale di tale grandezza (ad esempio densità superficiale di carica) riferendosi al rapporto tra la grandezza stessa e l'area della superficie su cui è distribuita.
Nel caso di una corrente elettrica attraverso un conduttore di sezione S si chiama densità di corrente il rapporto tra la corrente e la sezione S attraversata.
