Déterminer une masse volumique expérimentalement
Déterminer une masse volumique d'un liquide ou d'un solide.
- La masse volumique d'un solide ou d'un liquide peut être déterminée avec une balance et une éprouvette graduée.
- La masse volumique de l'eau liquide pure est
égale à 1 kg/L ou 1 g/mL
(car
).
- La masse volumique ρ d'un corps (solide, liquide
ou gazeux) se calcule grâce à la
masse m de
ce corps et le volume V occupé par ce corps,
selon la relation
.
- Calcul du volume de solides simples
- Les unités de volume – conversions
- Proportionnalité
Autrement dit, la masse volumique d'un corps est égale au rapport de la masse de ce corps par le volume occupé par cette substance.
On a donc une relation de proportionnalité entre m et V.
|
avec, dans le système international :
|
0,05 m3 de fer pèse 393 kg.
La masse volumique du fer est donc :
.
La masse se mesure avec une balance et le volume peut se mesurer avec une éprouvette.
Dans le cas où le corps est solide, une balance permet facilement de trouver sa masse.
Il faut bien exprimer la masse en kilogramme si on souhaite avoir une masse volumique en kg/m3.
Pour cela la méthode suivante.
- On verse un volume dans une éprouvette graduée.
- Le corps est plongé dans l'éprouvette inclinée en le faisant glisser le long de la paroi (pour éviter les éclaboussures).
- Il suffit ensuite de lire le nouveau volume sur l'éprouvette graduée.
- La différence avec le volume initial donne le volume du corps.
Il faut bien exprimer le volume en m3 si on souhaite avoir une masse volumique en kg/m3.
- On verse un volume V1 de 100 mL dans l'éprouvette graduée.
- On plonge le corps dont on veut connaitre le volume.
- On lit : V2 = 125 mL.
- On calcule :
V2 – V1 = 125 – 100 = 25 mL.
Le solide étudié a donc un volume égal à 25 mL.
On convertit en m3 :V = 25 × 10–6 m3, car 1 cm3 = 10–6 m3
Montage pour mesurer
le volume d'un solide
Le calcul de la masse volumique est alors réalisé avec la formule suivante.
|
avec :
|
.
Soit une substance qui a une masse égale à 3,93 kg et un volume égal à 0,5 dm3, donc égal à 0,5 L après conversion.
La formule de la masse volumique est :
.
| Métal | Or | Argent | Cuivre | Plomb | Aluminium | Fer | Zinc |
|
Masse volumique (en kg/L) |
19,3 | 10,5 | 8,9 | 11,3 | 2,7 | 7,9 | 7,1 |
Dans le cas où le corps étudié est
liquide, la masse et le volume peuvent être
facilement trouvés à l'aide d'une
balance et d'une éprouvette.
Le mode opératoire est le suivant.
- Déposer une éprouvette sur une balance.
- Tarer la balance à 0.
- Lire la masse et le volume pour calculer la masse
volumique du liquide étudié.
- Remplir l'éprouvette d'un volume quelconque de liquide.
- Lire la masse donnée par la balance.
- Lire le volume en respectant la place de l’œil pour éviter les erreurs.
- Calculer la masse volumique du liquide
étudié en sachant
que :
.
Montage pour calculer la
masse volumique d'un liquide
- On a placé l'éprouvette graduée sur la balance.
- On a effectué une tare.
- Après avoir rempli l'éprouvette d'un
volume quelconque d'eau distillée :
- on lit sur la balance m = 145,6 g.
- on lit sur l'éprouvette V = 145 mL = 0,145 L.
- on calcule la masse volumique en appliquant la
formule :
Dans 1 L, il y a 1000 mL et dans 1 kg, il y a 1000 g.
.
On a donc, en faisant un produit en croix :
.
Cela revient donc à écrire que la masse volumique de l'eau pure est égale à 1 kg/L.
La valeur de la masse volumique de l'eau est à retenir en considérant qu'elle a été mesurée dans des conditions de température et de pression « normales » (c'est-à-dire à 22 °C et à la pression atmosphérique).
La détermination de la masse volumique d'un mélange gazeux est un peu plus compliquée, car un gaz est généralement invisible.
Il a cependant une masse tout en occupant un certain volume.
La masse de 1 L d'air (mélange de dioxygène, de diazote et d'autres gaz) est de l'ordre de 1 g.
On a ainsi : ρ(air) = 1 g/L.
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