O peso e massa possuem muita importância em projetos de engenharia, mesmo no caso de equipamentos elétricos, eletrônicos, e de telecomunicações. Por isso, a massa específica consiste na propriedade física mais importante na ciência dos materiais.
Introdução
O custo dos materiais depende da massa e, consequentemente, projetos de engenharia procuram minimizar a massa de materiais utilizada.
Contudo, peso e massa são grandezas extensivas que dependem do material e das dimensões do objeto em questão. Para separar a propriedade do material de suas dimensões, a ciência dos materiais utiliza as propriedades intensivas.
Massa Específica
Macroscopicamente, define-se densidade volumétrica de massa, ou massa específica, como sendo a relação entre massa e volume. 1 A Massa Específica é uma grandeza intensiva escalar porque independe da orientação espacial ou direção.
Onde:
-
- ρ é a massa específica do material [kg/m3];
- m é a massa[kg];
- V é o volume [m3].
Massa específica e a estrutura da matéria
De acordo com Newnham, a massa específica dos sólidos se relaciona com a estrutura da matéria da seguinte maneira:
Onde:
-
- M é a massa atômica;
- Z é o número de moléculas por célula unitária;
- Na é o Número de Avogadro;
- V é o volume da célula unitária.
Elementos químicos, moléculas, e substâncias químicas possuem massa atômica únicas e o Número de Avogadro é uma constante universal. Portanto, a arrumação dos átomos, moléculas, e substâncias afeta diretamente a densidade dos materiais e, consequentemente, varia com outros parâmetros físicos, tais como a temperatura e pressão.
Massa específica de gases
A massa específica dos gases depende da temperatura e pressão uma vez que suas moléculas ou átomos se movimentam livremente inexistindo células unitárias. No caso de gases ideais, calcula-se a massa específica da seguinte maneira:
Onde:
-
- M é a massa molar[kg/mol];
- P é a pressão [Pa];
- R é a constante universal dos gases [J/K/mol] ;
- T é a temperatura [K].
Massa específica dos líquidos
A massa específica dos líquidos saturados varia com a temperatura de acordo com a fórmula de Rackett abaixo [Yaws]:
Onde:
-
-
- A, B, e n são coeficientes;
- Tc é a temperatura crítica [K].
-
Massa Específica dos Líquidos
Fonte:Yaws, C.L., Chemical Properties Handbook
| wdt_ID | nome | formula | A | B | n | Tc(K) | Densidade @ 25 C (g/ml) |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 1 | Água | H2O | 0,34710 | 0,27400 | 0,28570 | 647,13 | 1,027 |
| 2 | Metano | CH4 | 0,16000 | 0,28810 | 0,27700 | 190,58 | - |
| 3 | Etanol | C2H6O | 0,26400 | 0,23670 | 0,23670 | 516,25 | 0,787 |
Massa específica dos sólidos
Finalmente, a massa específica dos sólidos depende da arrumação dos átomos e moléculas, que depende da estrutura cristalina.
Referências
- NEWNHAM, R.E., Properties of Materials, Oxford University Press, 2005.
- CARDARELLI, F., Materials Handbook, 2 edição, Springer, Londres, 2008.
- Yaws, C.L., Chemical Properties Handbook, McGraw-Hill, 1999.