Чому дорівнює щільність води

Чому дорівнює щільність води



Щільність води

Вода (H2O) — це бінарна неорганічна сполука двох атомів водню та одного атома кисню. Щільність води (р) – це відношення її маси (m) до об'єму (V). Розрахувати можна за формулою:

Щільність залежить від температури та складу води! Наприклад, при 4°С щільність прісної води становить 1000 кг/м 3 морської - 1010 ... 1030 кг/м 3 .

Таблиця щільності води за різних температур

t, °С ρ, кг/м 3 ρ, г/мл t, °С ρ, кг/м 3 ρ, г/мл t, °С ρ, кг/м 3 ρ, г/мл
0 999,8 0,9998 62 982,1 0,9821 200 864,7 0,8647
0,1 999,8 0,9998 64 981,1 0,9811 210 852,8 0,8528
2 999,9 0,9999 66 980 0,98 220 840,3 0,8403
4 1000 1 68 978,9 0,9789 230 827,3 0,8273
6 999,9 0,9999 70 977,8 0,9778 240 813,6 0,8136
8 999,9 0,9999 72 976,6 0,9766 250 799,2 0,7992
10 999,7 0,9997 74 975,4 0,9754 260 783,9 0,7839
12 999,5 0,9995 76 974,2 0,9742 270 767,8 0,7678
14 999,2 0,9992 78 973 0,973 280 750,5 0,7505
16 999 0,999 80 971,8 0,9718 290 732,1 0,7321
18 998,6 0,9986 82 970,5 0,9705 300 712,2 0,7122
20 998,2 0,9982 84 969,3 0,9693 305 701,7 0,7017
22 997,8 0,9978 86 967,8 0,9678 310 690,6 0,6906
24 997,3 0,9973 88 966,6 0,9666 315 679,1 0,6791
26 996,8 0,9968 90 965,3 0,9653 320 666,9 0,6669
28 996,2 0,9962 92 963,9 0,9639 325 654,1 0,6541
30 995,7 0,9957 94 962,6 0,9626 330 640,5 0,6405
32 995 0,995 96 961,2 0,9612 335 625,9 0,6259
34 994,4 0,9944 98 959,8 0,9598 340 610,1 0,6101
36 993,7 0,9937 100 958,4 0,9584 345 593,2 0,5932
38 993 0,993 105 954,5 0,9545 350 574,5 0,5745
40 992,2 0,9922 110 950,7 0,9507 355 553,3 0,5533
42 991,4 0,9914 115 946,8 0,9468 360 528,3 0,5283
44 990,6 0,9906 120 942,9 0,9429 362 516,6 0,5166
46 989,8 0,9898 125 938,8 0,9388 364 503,5 0,5035
48 988,9 0,9889 130 934,6 0,9346 366 488,5 0,4885
50 988 0,988 140 925,8 0,9258 368 470,6 0,4706
52 987,1 0,9871 150 916,8 0,9168 370 448,4 0,4484
54 986,2 0,9862 160 907,3 0,9073 371 435,2 0,4352
56 985,2 0,9852 170 897,3 0,8973 372 418,1 0,4181
58 984,2 0,9842 180 886,9 0,8869 373 396,2 0,3962
60 983,2 0,9832 190 876 0,876 374,12 317,8 0,3178

Щільність водяної пари (100 градусів за Цельсієм) - 0,590 кг/м 3 .

Одиниці виміру

Значення вказується в залежності від системи вимірювання, наприклад: кг/м 3 г/см 3 г/мл фунт/фут 3 .

Для розрахунку щільності води застосовують просте зважування судини:

  • Зважте порожній мірний циліндр (ємність із насічками-покажчиками об'єму).
  • Наповніть циліндр рідиною.
  • Зважте наповнену ємність.
  • Розрахуйте масу води як різницю між масою тари та ємністю з рідиною.
  • Обчисліть густину як відношення маси до обсягу.

Фізичні властивості

Середня густина поверхневих вод Світового океану (з морями) 1,02474 г/см 3 .

Наведено такі параметри при атмосферному тиску:

  • тиск насиченої пари за вказаної темп. p, Па;
  • щільність води ρ, кг/м3;
  • питома ентальпія води h, кДж/кг;
  • питома (масова) теплоємність Cp, кДж / (кг · град);
  • теплопровідність λ, Вт / (м · град);
  • температуропровідність a, м2/с;
  • динамічна в'язкість μ, Па · с;
  • в'язкість кінематична ν, м2/с;
  • коефіцієнт теплового об'ємного розширення β, К-1;
  • коефіцієнт поверхневого натягу σ, Н/м;
  • число Прандтля Pr.
t, °С → 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
ρ, кг/м 3 999,8 999,7 998,2 995,7 992,2 988 983,2 977,8 971,8 965,3 958,4
h, кДж/кг 0 42,04 83,91 125,7 167,5 209,3 251,1 293 335 377 419,1
Cp, Дж / (кг · град) 4217 4191 4183 4174 4174 4181 4182 4187 4195 4208 4220
λ, Вт/(м·град) 0,569 0,574 0,599 0,618 0,635 0,648 0,659 0,668 0,674 0,68 0,683
a·10 8 , м 2 /с 13,2 13,7 14,3 14,9 15,3 15,7 16 16,3 16,6 16,8 16,9
μ·10 6 , Па·с 1788 1306 1004 801,5 653,3 549,4 469,9 406,1 355,1 314,9 282,5
ν·10 6 , м 2 /с 1,789 1,306 1,006 0,805 0,659 0,556 0,478 0,415 0,365 0,326 0,295
β·10 4 град -1 -0,63 0,7 1,82 3,21 3,87 4,49 5,11 5,7 6,32 6,95 7,52
σ·10 4 , Н/м 756,4 741,6 726,9 712,2 696,5 676,9 662,2 643,5 625,9 607,2 588,6
Pr 13,5 9,52 7,02 5,42 4,31 3,54 2,93 2,55 2,21 1,95 1,75

Молярна маса - 18,01528 г/моль. Температура кипіння води становить 100 °C або 212 °F.

Калькулятор щільності

Цей калькулятор об'єму використовує формулу густини ρ = m/V для знаходження густини різних речовин та об'єктів. Для двох заданих значень - густини, маси або обсягу речовини, він обчислює третє.

Сталася помилка під час розрахунку.

Калькулятор щільності допоможе вам обчислювати щільність речовини, масу та об'єм. Оскільки ці параметри взаємопов'язані, можна обчислити один параметр, знаючи інші два. Наприклад, якщо вам відома маса предмета і знаєте його обсяг, ви можете обчислити його щільність. Або за допомогою калькулятора щільності ви можете дізнатися масу предмета, якщо ви знаєте його об'єм та щільність.

Особливо зручний цей калькулятор тим, що можна використовувати різні заходи. Як міри маси в калькуляторі щільності можна застосовувати грами, кілограми, унції та фунти. Для вимірювань об'єму можна використовувати мілілітри, кубічні сантиметри, кубічні метри, літри, кубічні фути та кубічні дюйми.

Визначення густини речовини

Щільність речовини - це маса речовини, що міститься в одиниці його обсягу за нормальних умов. Найбільш часто використовувані у світі одиниці густини - одиниця СІ кілограм на кубічний метр кг/м³ та одиниця CGS грам на кубічний сантиметр г/см³. Один кг/м³ дорівнює 1.000 г/см³. У традиційно щільність виражають у фунтах на кубічний фут.

1 фунт на кубічний фут = 16,01846337395 кілограмів на кубічний метр. Відповідно, щоб сконвертувати густину речовини з одиниць СІ в традиційні одиниці для США розділіть число на 16,01846337395 або просто на 16.А щоб конвертувати густину речовини з одиниць США в одиниці СІ помножте ваше число на 16.

Для позначення густини зазвичай використовується грецька буква ρ (ро). Іноді використовуються латинські літери D і d (від латів. densitas «щільність»).

Щоб знайти густину речовини, потрібно масу речовини розділити на її обсяг. Щільність ρ обчислюється за такою формулою:

Де V - обсяг, зайнятий речовиною масою m.

Оскільки щільність, маса та обсяг взаємопов'язані, то знаючи щільність та обсяг можна обчислити масу:

А знаючи густину і масу речовини, можна обчислити об'єм:

Щільності різних речовин

Щільності різних речовин та матеріалів можуть суттєво відрізнятися одна від одної. Щільність однієї й тієї ж речовини у твердому, рідкому та газоподібному станах різна. Наприклад, щільність води становить 1.000 кг/м³, льоду близько 900 кг/м³, водяної пари 0,590 кг/м³. Щільність залежить від температури, агрегатного стану речовини та зовнішнього тиску. Якщо тиск збільшується, то молекули речовини утрамбовуються щільніше, отже, щільність більша.

Зміна тиску або температури об'єкта зазвичай призводить до зміни його густини. При зниженні температури рух молекул у речовині сповільнюється, оскільки вони уповільнюються, їм потрібно менше місця. Це призводить до збільшення густини. І навпаки, підвищення температури зазвичай призводить до зменшення густини.

Виняток із цього правила становлять вода, чавун, бронза та деякі інші речовини, які за певних температур поводяться інакше.

Вода має максимальну густину при 4 °C, а саме 997 кг/м³. Часто для простоти розрахунків щільність води округляють до 1000 кг/м³. При підвищенні або зниженні температури щільність води зменшуватиметься.Лід не тоне на поверхні води, тому що його густина 916,7 кг/м³.

Причина такої якості льоду – у так званих водневих зв'язках. Кристалічні грати льоду схожі на стільники, у кожному з шести кутів розташовані молекули води, з'єднані водневими зв'язками. Відстань між молекулами води в твердому стані більша, ніж у рідкому, де вони переміщалися вільно і могли зближуватися.

Щільність води, вісмуту, кремнію також знижується при затвердінні.

Щільність речовини визначає, що плаватиме, а що тонутиме. Об'єкти, щільність яких менша за щільність води (менше 1 гм/см³), плаватимуть у воді - як, наприклад, пінопласт або дерево.

Матеріали з високою щільністю, такі як метал, бетон або скло (з щільністю більше 1 гм/см³), тонуть у воді, тому що їх щільність вище, ніж у води.

Залізне гарматне ядро ​​тоне у воді, тому що його щільність більша за щільність води. Залізний корабель плаває в океані. Хоча залізо щільніше за воду, більша частина внутрішнього простору корабля все-таки заповнена повітрям. А це зменшує загальну густину судна. Якби корабель був цілісним блоком заліза, він би потонув.

Предмети, занурені в солону воду, мають більш високу тенденцію до спливання, ніж у чистій або водопровідній воді, тобто вони мають більшу плавучість. Цей ефект виникає через силу плавучості, яку надає на предмети солона вода внаслідок її більшої щільності.

Щільність твердих речовин

Тверда речовина кг/м³ г/см³
Осмій 22 600 22,6
Іридій 22 400 22,4
Платина 21 500 21,5
Золото 19 300 19,3
Свинець 11 300 11,3
Срібло 10 500 10,5
Мідь 8900 8,9
Сталь 7800 7,8
Олово 7300 7,3
Цинк 7100 7,1
Чавун 7000 7,0
Алюміній 2700 2,7
Мармур 2700 2,7
Скло 2500 2,5
Порцеляна 2300 2,3
Бетон 2300 2,3
Цегла 1800 1,8
Поліетилен 920 0,92
Парафін 900 0,90
Дуб 700 0,70
Сосна 400 0,40
Корок 240 0,24

Приклад обчислення

Уявіть, що ви скульптор і збираєтеся купити мармуровий блок для виготовлення невеликої статуї. Ви знайшли у продажу мармуровий блок з розмірами 0,3 х 0,3 х 0,6, метра, який влаштував вас за якістю та ціною. Як розрахувати вагу блоку, щоб зрозуміти, як вам його краще транспортувати?

Для обчислення об'єму блоку перемножимо розміри сторін між собою:

Ми знаємо, що густина мармуру дорівнює 2.700 кг/м³. Тому шукаємо масу блоку за формулою:

Тобто 0,054×2.700 = 145,8 кг. Таким чином мармуровий блок, що сподобався вам, важитиме близько 145,8 кілограмів.

Щільності рідин

Рідина кг/м³ г/см³
Ртуть 13 600 13,60
Сірчана кислота 1800 1,80
Мед 1350 1,35
Морська вода 1030 1,03
Цілісне молоко 1030 1,03
Чиста вода 1000 1,00
Соняшникова олія 930 0,93
Машинна олія 900 0,90
Гас 800 0,80
Спирт 800 0,80
Нафта 800 0,80
Ацетон 790 0,79
Бензин 710 0,71

Щільності газів

Газ кг/м³ г/см³
Хлор 3,210 0,00321
Вуглекислий газ 1,980 0,00198
Кисень 1,430 0,00143
Повітря 1,290 0,00129
Азот 1,250 0,00125
Чадний газ 1,250 0,00125
Природний газ 0,800 0,0008
Водяна пара 0,590 0,00059
Гелій 0,180 0,00018
Водень 0,090 0,00009

Знання про щільність чадного газу може стати в нагоді при пожежі, під час якої утворюється отруйний для людини чадний газ. Чадний газ трохи легший за повітря, тому він піднімається у верхню частину приміщення. І якщо ви знаходитесь в приміщенні під час пожежі, краще знаходитися в ньому якомога нижче і ближче до підлоги.

Щільності сипучих харчових продуктів

Сипучі матеріали кг/м³ г/см³
Харчова сіль тонкого помелу 1200 1,2
Цукровий пісок 850 0,85
Цукрова пудра 800 0,8
Квасоля 800 0,8
Пшениця 770 0,77
Зерно кукурудзи 760 0,76
Коричневий цукор 720 0,72
Рисова крупа 690 0,69
Очищений арахіс 650 0,65
Какао порошок 650 0,65
Сухі волоські горіхи 610 0,61
Борошно пшеничне 590 0,59
Порошкове молоко 450 0,45
Смажені кавові зерна 430 0,43
Кокосова крихта 350 0,35
Вівсяна крупа 300 0,3

Приклад обчислення

Ви купили пачку кави у зернах вагою 900 грамів. У вас вдома є дуже зручна банка для кави об'ємом 1,5 літра. Чи поміститься вся ця кава в банку.Насамперед варто згадати, що у літрі міститься 1.000см³. Тому ми маємо в своєму розпорядженні банкою в 1.500 см³. Розрахуємо обсяг кави, використовуючи її масу та знання про щільність.

Обсяг кави дорівнюватиме:

Тобто наявної банки нам не вистачить для всієї купленої кави.

Щільності сипких будівельних матеріалів:

Сипучі матеріали кг/м³ г/см³
Пісок мокрий 1920 1,92
Глина мокра 1600 - 1820 1,6 - 1,82
Гіпс подрібнений 1600 1,6
Земля, суглинок, мокра 1600 1,6
Щебінь дрібний 1600 1,6
Цемент 1510 1,51
Гравій 1500 - 1700 1,5 - 1,7
Гіпс шматками 1290 - 1600 1,29 - 1,6
Пісок сухий 1200 - 1700 1,2 - 1,7
Земля, суглинок, суха 1250 1,25
Глина суха 1070 - 1090 1,07 - 1,09
Асфальтова крихта 720 0,72
Тирса 210 0,21

Поняття насипної щільності використовують із аналізу сипких будівельних матеріалів (піску, гравію, керамзиту та інших.). Цей показник є важливим для розрахунку економічно вигідного застосування тих чи інших компонентів будівельної суміші.

Насипна щільність – мінлива величина. За певних умов матеріал однієї й тієї ж ваги може займати різний обсяг. Також за однакового обсягу маса може змінюватися. Чим дрібніші частки, тим щільніше вони розташовуються у купі. Найвищу насипну щільність із будівельних матеріалів має пісок. Чим більше зерна, тим більше між ними порожнеч. Крім розміру, важливу роль відіграє форма зерен. Найкраще ущільнюються частинки правильної форми.

Знати насипну щільність важливо, коли вам відомий об'єм ями або канави, яку потрібно засипати, а ви хочете дізнатися вагу матеріалу, який необхідно придбати. Також знадобиться знання про щільність, якщо у продажу є матеріал у кілограмах, а вам потрібно знати його обсяг. І ще інформація про насипну густину буде важлива, якщо ви хочете правильно розрахувати кількість одиниць транспорту, необхідних для перевезення купленого матеріалу.

Середня щільність речовини

Якщо в тілі є порожнечі або воно виготовлене з різних речовин (наприклад, корабель, футбольний м'яч, людина), то говорять про середню щільність тіла, яка також обчислюється за формулою

Наприклад, усереднена щільність тіла людини від 940-990 кг/м при повному вдиху, до 1.010-1.070 кг/м при повному видиху. На щільність тіла людини значною мірою впливають такі параметри як переважання в ньому кісткової, м'язової або жирової маси.

Цікаві приклади щільності у природі

  • Найнижчу щільність у природі має міжгалактичне середовище, а саме від 2×10⁻³¹кг/м³ до 5×10⁻³¹кг/м³.
  • Середня щільність Сонця близько 1.410 кг/м³, приблизно в 1,4 рази вище за щільність води.
  • Щільність граніту дорівнює 2600 кг/м³.
  • Середня густина Землі дорівнює 5.520 кг/м³.
  • Щільність заліза дорівнює 7.874 кг/м³.
  • Щільність срібла 10.490 кг/м³.
  • Щільність золота 19.320 кг/м³.
  • Найщільніші речовини за стандартних умов - осмій (22.600 кг/м³), іридій (22.400 кг/м³) та платина (21.500 кг/м³).
  • Найбільша щільність у Всесвіті – у чорній дірі. Середня густина чорної дірки залежить від її маси. Чорна діра з масою порядку сонячної має щільність близько 101⁹ кг/м³, що перевищує ядерну щільність (2 × 101⁷ кг/м³). А надмасивна чорна діра з масою 10⁹ сонячних мас має середню щільність близько 20 кг/м³, що набагато менше щільності води (1.000 кг/м³).

Вимірювання щільності

Для вимірювання густини матеріалів використовується ряд методів.Такі методи включають використання гідрометра (метод плавучості для рідин), гідростатичного балансу (метод плавучості для рідин і твердих тіл), методу зануреного тіла (метод плавучості для рідин), пікнометра (для рідин і твердих тіл), пікнометра порівняння з повітрям (для тел), осцилюючого денситометра (для рідин), а також наливу та відведення (для твердих тіл).

Ви можете розрахувати густину речовини або середню густину предмета в домашніх умовах, вимірявши об'єм і масу даної речовини або предмета.

Спочатку визначте масу предмета за допомогою ваги.

Далі визначте об'єм шляхом вимірювання розмірів або шляхом наливання в мірну посудину. Цією судиною може бути будь-що – і мірна склянка, і сулія типового розміру. Якщо предмет має складну форму, ви можете виміряти об'єм води, яку цей предмет витісняє.

Розділіть масу на об'єм, щоб розрахувати густину речовини або предмета за формулою:

Використання властивостей щільності у промисловості

Одне з відомих застосувань густини - визначення того, чи об'єкт плаватиме на воді. Якщо щільність об'єкта менша за щільність води, він буде плавати; якщо його щільність менша за щільність води, він буде тонути.

Кораблі можуть плавати, бо мають баластові цистерни, в яких зберігається повітря. Ці цистерни забезпечують великий обсяг невеликої маси, тим самим зменшуючи густину корабля. Разом із плавучою силою, яку вода надає на корабель, зменшення густини дозволяє кораблю плавати. Нафта плаває на поверхні води, тому що має меншу густину, ніж вода. Хоча розливи нафти завдають шкоди довкіллю, здатність нафти плавати полегшує її збирання.

Саме тому, щоб визначити, як поводяться будівельні матеріали в реальних умовах експлуатації під впливом вологи, позитивних і негативних температур, механічних навантажень, застосовується середній показник щільності.

Використання матеріалів з малою щільністю в будівництві та машинобудуванні вигідно в екологічному та економічному плані. .

Інформація про щільність речовини важлива і для сільського господарства. Якщо щільність ґрунту велика, вона погано пропускає тепло, взимку промерзає на велику глибину.

Якщо щільність ґрунту низька, то вода швидко проходить через такий ґрунт, тобто волога в ґрунті не утримується. А сильний дощ може вимивати верхній найродючіший шар ґрунту.

Легендарна історія вимірів щільності

Історія виміру щільності починається з розповіді про Архімеда, який отримав завдання визначити, чи не привласнив золотих справ майстер золото при виготовленні корони для царя Гієрона Другого. щільність золота приблизно вдвічі більша за щільність срібла. Але щоб перевірити склад корони, потрібно було розрахувати її. обсяг.

Теоретично корону можна було б зім'яти в куб, обсяг якого можна було б легко розрахувати та порівняти з масою.І виходячи із щільності визначити чи це золото. Але цар не схвалив би такого підходу.

Архімед прийняв ванну і з підйому води на вході до неї помітив, що може обчислити обсяг золотої корони за обсягом витісненої води. Після цього відкриття він вистрибнув із ванни і побіг голим вулицями з криками: "Еврика! Евріка!" По-грецьки "Εύρηκα!", - означало: "Я знайшов".

Архімед обчислив об'єм води, витіснений короною і об'єм води, витіснений золотим зливком тієї ж маси, що і корона. В результаті експерименту корона витіснила більше води. Виявилося, що вона була зроблена з менш щільного та легшого матеріалу, ніж чисте золото. У результаті ювеліра викрили в обмані.

В результаті з'явився термін "еврика", який став популярним і використовується для позначення моменту просвітлення чи інсайту.

Подібні статті

Останні статті

Категорії