Masse spécifique

Masse spécifique

Masse volumique

Le thermomètre de Galilée utilise la variation de la masse volumique
du liquide incolore en fonction de la température

La 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 rho 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 ρ = m/Vm est la masse de la substance homogène occupant un volume V.

La masse volumique est le synonyme moderne des expressions désuètes « densité absolue » et « densité propre »[2], ou encore « masse spécifique ».

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, la t/m3... 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 :

  1. La valeur numérique est la même dans plusieurs unités car 1 g/cm3 = 1 kg/dm3 = 1 kg/L = 1 t/m3.
  2. La masse volumique de l'eau est proche de 1 kg/L (sa valeur réelle est, à 4 °C, de 999,95 kg/m3). Ce n'est pas un hasard, car cela résulte des premières tentatives de définition du kilogramme : la masse d'un litre d'eau à 4°C, ce qui correspond au maximum de sa masse volumique.

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 donc un nombre sans dimension.

Pycnomètre

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 anglo-saxonne de masse volumique qui est density.

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.

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 sols et les matériaux poreux, il faut aussi tenir compte de la masse d'air contenue dans les volumes des vides, mais en pratique, ils sont souvent négligés.

Sauf indications contraires, les masses volumiques sont données pour des corps à la température de 20 °C, sous la pression atmosphérique normale (1013 hPa).

Roches, minéraux, matériaux usuels

Roches, minéraux, matériaux usuels masse volumique
kg/m3
ardoise 2 700 - 2 800
amiante 2 500
argile 1 700
béton 2 400 (armé 2 500)
béton bitumineux dit enrobé 2 350
calcaire 2 600 - 2 700
compost 550-600 [3],[4]
craie 1 250
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
terre végétale 1 250
verre à vitres 2 530

Métaux et alliages

Métaux et alliages masse volumique
kg/m3
acier 7 850
acier rapide HSS 8 400 - 9 000
fonte 6 800 - 7 400
aluminium 2 700
argent 10 500
Beryllium 1 848
bronze 8 400 - 9 200
carbone (diamant) 3 508
carbone (graphite) 2 250
constantan 8 910
cuivre 8 920
duralumin 2 900
fer 7 860
iridium 22 640
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/m3
acétone 790
acide acétique 1 049
azote à -195°C 810
brome à 0°C 3 087
eau à 4°C 999,95
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
hydrogène à -252°C 70
lait 1 030
oxygène à -184°C 1 140

Gaz

Gaz à 0°C formule masse volumique
kg/m3
acétylène C2H2 1,170
air - 1,293
air à 20°C - 1,204
ammoniac NH3 0,77
argon Ar 1,7832
diazote N2 1,250 51
isobutane C4H10 2,670
butane (normal) C4H10 2,700
dioxyde de carbone CO2 1,976 9
vapeur d'eau à 100°C H2O 0,5977
hélium He 0,178 5
dihydrogène H2 0,0899
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/m3
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/m3
acajou 700
balsa 140
buis 910 - 1 320
cèdre 490
chêne 610 - 980
chêne (cœur) 1 170
ébène 1 150
frêne 840
hêtre 800
liège 240
peuplier 390
pin 740
platane 650
sapin 450
teck 860
Selon l’humidité
Famille d'essence[5] Humidité sur masse brute Masse volumique
kg/m3
Bois 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

Notes et références

Voir aussi

Liens externes

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