Плотность и удельный вес воды

Обзор

Плотность – это отношение массы к объёму:

$\rho = \frac{m}{V}$

где $\rho$ – плотность, $m$ – масса и $V$ – объём. Плотность обычно выражается как g/cm^3, kg/m^3, lb/ft^3 или sl/ft^3.

Чистая вода достигает своей максимальной плотности, приблизительно 1000 кг/м^3 или 1.940 slug/ft^3, при 4 °C (39.2 °F). При температурах выше этого значения плотность уменьшается, так как вода расширяется.

Удельный вес – это отношение веса к объёму:

$\gamma = \frac{m g}{V} = \rho g$

где $\gamma$ – удельный вес, а $g$ – ускорение свободного падения. Стандартное ускорение свободного падения обычно принимается равным 9.80665 м/с^2 или 32.17405 фут/с^2.

Для воды при 4 °C в единицах СИ:

$\gamma = 1000 \; \text{kg/m}^3 \times 9.807 \; \text{m/s}^2 = 9807 \; \text{N/m}^3 = 9.807 \; \text{kN/m}^3$

В имперских инженерных единицах плотность воды при 39 °F составляет около 1.940 slug/ft^3:

$\gamma = 1.940 \; \text{sl/ft}^3 \times 32.174 \; \text{ft/s}^2 = 62.4 \; \text{lbf/ft}^3$

Онлайн-калькулятор плотности воды

На исходной странице представлен калькулятор плотности жидкой воды при заданной температуре, который сообщает плотность в g/cm^3, kg/m^3, lb/ft^3, lb/gal(US liq) и sl/ft^3. Исходные допустимые диапазоны температур составляют 0-370 °C, 32-700 °F, 273-645 K и 492-1160 °R.

Ниже приведенный калькулятор использует стандартное приближение при атмосферном давлении для жидкой воды вблизи обычного жидкого диапазона. Для проектных работ, условий насыщения выше 100 °C или повышенного давления используйте табличные значения.

Переменные

Интерактивные графики плотности

На исходной странице содержатся три изображения плотности: плотность воды в зависимости от температуры в °C, плотность воды в зависимости от температуры в °F и плотность в зависимости от температуры при повышенном давлении. Нижеприведённые графики воссоздают эти наборы данных изображений из исходных табличных значений, чтобы кривые можно было изучать интерактивно.

Плотность, удельный вес и тепловое расширение в degC

Значения от 0-100 degC приведены при 1 atm. Значения выше 100 degC приведены при давлении насыщения.

Плотность, удельный вес и тепловое расширение в degF

Значения от 32-212 degF приведены при 1 atm. Значения выше 212 degF приведены при давлении насыщения.

Плотность и удельный вес при 1000 psi

Оригинальная таблица приводит плотность и удельный вес воды при 1000 psi (68.1 atm). При этом давлении температура кипения, указанная в источнике, составляет 284.8 degC (544.58 degF).

Плотность и удельный вес при 10000 psi

Перевод единиц и примеры

Вес на один американский галлон основан на 7.48 gal/ft^3.

Один американский жидкий галлон равен:

• 3.7854 l
• 0.8327 gal(UK)
• 0.8594 gal(US dry)
• 0.1074 bu(US dry)
• 0.4297 pk(US dry)
• 4 qt(US liq)
• 8 pt(US liq)
• 16 c(US)
• 32 gi(US liq)
• 128 fl oz(US)
• 1024 fl dr(US)
• 3.7854e-3 m^3
• 0.1337 ft^3
• 4.951e-3 yd^3

Преобразование плотности из 1 kg/m^3:

Пример 2 из исходной страницы преобразует плотность воды при 20 °C:

$998.21 \; \text{kg/m}^3 \times 0.0005780 = 0.5797 \; \text{oz/in}^3$

Пример 3 вычисляет массу воды в баке. Бак объемом 10 m^3 содержит горячую воду при 190 °F. Из таблицы для °F плотность составляет 966.8 kg/m^3:

$10 \; \text{m}^3 \times 966.8 \; \text{kg/m}^3 = 9668 \; \text{kg}$

Исходные изображения источников

Следующие исходные изображения сохранены, чтобы избежать потери визуального справочного материала. Когда изображение содержит график или табличные данные, извлеченные значения представлены в таблицах страницы, калькуляторах или интерактивных графиках; остальные изображения сохраняются как визуальные справочные источники.

Инженерные заметки

• Зависимость плотности от температуры не является линейной. Поэтому коэффициент объемного расширения не является постоянным во всем диапазоне температур.
• Вода имеет максимальную плотность около 4 °C. Эта аномалия важна для гидростатики, естественной конвекции, защиты от замерзания и расчетов накопительных баков.
• Выше нормальной точки кипения таблицы для 1 атм уже не являются данными для жидкой воды при атмосферном давлении; в исходном источнике приводятся значения при давлении насыщения.
• Давление увеличивает плотность жидкой воды. Диаграмма давления и таблицы высокого давления показывают разницу между 1 атм или давлением насыщения, 1000 psi и 10000 psi.
• В таблицах в единицах США lbm/ft^3 и lbf/ft^3 численно схожи при стандартной гравитации, но плотность и удельный вес — это разные физические величины.

Ссылки

• Engineering ToolBox - Плотность воды, удельный вес и коэффициенты теплового расширения
• Исходные наборы изображений восстановлены как интерактивные графики из water_density_C.jpg, water_density_F.jpg и Water_density_temp_pressure_F.jpg.