Densidad de área

La densidad superficial (también conocida como densidad de área , densidad superficial , densidad de columna o espesor de densidad ) de un objeto bidimensional se define como el cociente entre la masa y el área . La unidad derivada del SI es el " kilogramo por metro cuadrado " ( símbolo de unidad kg·m⁻² ⁾ .

En las industrias del papel y los tejidos, se denomina gramaje y se expresa en gramos por metro cuadrado (g/m² ⁾ ; en el caso del papel, en particular, puede expresarse en libras por resma de tamaños estándar ("resma base").

Una cantidad areica generalizada se define como el cociente de una cantidad física genérica por área, ^{[ 1 ]} como la densidad de carga superficial o la carga eléctrica areica. ^{[ 2 ]} Una densidad numérica de área relacionada se puede definir reemplazando la masa por el número de partículas u otra cantidad contable .

Formulación

La densidad superficial se puede calcular de la siguiente manera: $\rho _{A}={\frac {m}{A}}$ o $\rho _{A}=\rho \cdot l,$ donde $ρ A$ es la densidad de área promedio, $m$ es la masa total del objeto, $A$ es el área total del objeto, $ρ$ es la densidad promedio y $l$ es el espesor promedio del objeto.

Densidad de columna

Un tipo especial de densidad de área se denomina densidad de columna (también densidad de masa columnar o simplemente densidad de columna ), denotada por ρ _A o σ . Es la masa de sustancia por unidad de área integrada a lo largo de una trayectoria; ^{[ 3 ]} Se obtiene integrando la densidad volumétrica. $\rho$ sobre una columna: ^{[ 4 ]} $\sigma =\int \rho \,\mathrm {d} s.$

En general, la trayectoria de integración puede ser de incidencia oblicua o inclinada (como, por ejemplo, en la propagación en línea de visión en física atmosférica ). Un caso especial común es una trayectoria vertical, desde la parte inferior hasta la parte superior del medio: $\sigma =\int \rho \,\mathrm {d} z,$ dónde $z$ denota la coordenada vertical (por ejemplo, altura o profundidad).

Densidad columnar $\rho _{A}$ está estrechamente relacionado con la densidad volumétrica promediada verticalmente ${\bar {\rho }}$ como ${\bar {\rho }}={\frac {\rho _{A}}{\Delta z}},$ dónde ${\textstyle \Delta z=\int 1\,\mathrm {d} z}$ ; ${\bar {\rho }}$ , $\rho _{A}$ , y $\Delta z$ Tienen unidades de, por ejemplo, gramos por metro cúbico, gramos por metro cuadrado y metros, respectivamente.

Uso

Física atmosférica

Es una magnitud comúnmente obtenida mediante instrumentos de teledetección , como el espectrómetro de mapeo de ozono total (TOMS), que registra columnas de ozono en todo el mundo. Las columnas también se obtienen mediante el método de espectroscopia de absorción óptica diferencial (DOAS) ^{[ 5 ]} y son un producto común de recuperación de radiómetros de microondas que apuntan al nadir . ^[⁶^]^[⁷^]

Un concepto estrechamente relacionado es el de la trayectoria del hielo o del agua líquida , que especifica el volumen por unidad de área o profundidad en lugar de la masa por unidad de área, por lo que ambos están relacionados: $P={\frac {\sigma }{\rho _{0}}}.$

Otro concepto estrechamente relacionado es la profundidad óptica .

Astronomía

En astronomía, la densidad de columna se utiliza generalmente para indicar el número de átomos o moléculas por centímetro cuadrado (cm² ⁾ a lo largo de la línea de visión en una dirección particular, según se deriva de observaciones, por ejemplo, de la línea de hidrógeno de 21 cm o de observaciones de una determinada especie molecular. Asimismo, la extinción interestelar puede relacionarse con la densidad de columna de H o _H₂ . ^[⁸^]

El concepto de densidad de área puede ser útil al analizar discos de acreción . En el caso de un disco visto de frente, la densidad de área para un área dada del disco se define como densidad de columna: es decir, como la masa de sustancia por unidad de área integrada a lo largo de la trayectoria vertical que atraviesa el disco (línea de visión) , desde la parte inferior hasta la parte superior del medio:

$\sigma =\int \rho \,\mathrm {d} z,$

dónde $z$ denota la coordenada vertical (por ejemplo, altura o profundidad), o como el número o recuento de una sustancia, en lugar de la masa, por unidad de área integrada a lo largo de una trayectoria (densidad numérica de columna):

$N=\int n\,\mathrm {d} z.$

medios de almacenamiento de datos

La densidad superficial se utiliza para cuantificar y comparar diferentes tipos de soportes utilizados en dispositivos de almacenamiento de datos, como discos duros , unidades de disco óptico y unidades de cinta . La unidad de medida actual suele ser gigabits por pulgada cuadrada. ^{[ 9 ]}

Papel

La densidad superficial se utiliza a menudo para describir el grosor del papel; por ejemplo, 80 g/m² ^es muy común.

Tela

El peso de una tela se suele especificar como masa por unidad de área, gramos por metro cuadrado (g/m²) u onzas por yarda cuadrada. También se suele especificar en onzas por yarda, con un ancho estándar para la tela en cuestión. Un gramo por metro cuadrado equivale a 0,0295 onzas por yarda cuadrada; una onza por yarda cuadrada equivale a 33,9 gramos por metro cuadrado.

Otro

También es una magnitud importante para la absorción de radiación .

Al estudiar cuerpos que caen a través del aire, la densidad superficial es importante porque la resistencia depende del área y la fuerza gravitatoria depende de la masa.

La densidad ósea se suele expresar en gramos por centímetro cuadrado (g·cm ⁻² ), medida mediante absorciometría de rayos X, como una aproximación de la densidad real.

El índice de masa corporal se expresa en unidades de kilogramos por metro cuadrado, aunque la cifra del área es nominal, ya que corresponde al cuadrado de la altura.

El contenido total de electrones en la ionosfera es una magnitud del tipo densidad numérica columnar.

El equivalente de agua de la nieve es una cantidad de tipo densidad de masa columnar.

Generalización: cantidades areicas

El calificador areic se recomienda en el Sistema Internacional de Cantidades ( ISO 80000-1 ) para denotar el cociente de cualquier magnitud física por área. ^{[ 1 ]} También se utilizan con frecuencia las expresiones "por unidad de área" o "superficie ... densidad" (o simplemente "densidad"), con unidades resultantes que incluyen el metro cuadrado recíproco (m ⁻² ), por ejemplo:

densidad de masa superficial o masa areica ^{[ 1 ]}^{[ 10 ]}
volumen por área o volumen areico, como en la lluvia ^{[ 1 ]}
densidad de carga superficial o carga eléctrica areica, carga eléctrica por unidad de área ^{[ 1 ]}^{[ 2 ]}
densidad de corriente superficial o corriente eléctrica areica, el cociente de corriente eléctrica por área ^{[ 2 ]}
densidad de flujo magnético superficial o flujo magnético areico ^{[ 1 ]}
densidad de actividad superficial o actividad areica ^{[ 11 ]}
densidad de flujo de calor o tasa de flujo de calor areal ^{[ 12 ]}
densidad de potencia superficial , potencia por unidad de área
energía superficial específica , energía libre por unidad de superficie son

Véase también

Referencias

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