Какова плотность пресной воды и от чего она зависит?
Плотность пресной чистой воды неодинакова, она может изменяться, и зависит от разных условий. Ее показатели сильно отличаются от соленой или морской.
Значения и знания об этом используются в некоторых сферах деятельности человека. О том, какова плотность пресной воды, расскажем в статье.
Чему равна?
На плотность обычной воды влияет только температура.
Если брать во внимание температуру преобразования в твердое и газообразное состояние, то есть в лед и пар, то значения будут следующими:
Как видно, с повышением температуры значение медленно снижается, но несущественно.
Что влияет на показатель для питьевой H2O?
У чистой пресной воды есть необычная особенность, которая нехарактерна для поведения веществ при изменении условий.
При температуре от 0 до 4˚С и обычном атмосферном давлении 760 мм рт. ст ее плотность и вес растут и достигают 1000 кг на 1 куб м (1 г на 1 куб. см). Затем, с повышением температуры, начинают постепенно снижаться.
Кроме этого, на величину в сторону ее увеличения влияют:
Плотность обычной воды зависит также и от ее чистоты. Так, очищенная питьевая будет менее плотной, чем не питьевая из природных источников, так как в ней находятся различные органические и неорганические примеси, например, частички ила, песок и т. д.
Сравнение
Пресная вода всегда будет менее плотной по сравнению с водами, содержащими соли и минеральные элементы. Возьмем для сравнения морскую и соленую.
С морской
Показатель для морской H2O при солености в 35% (среднее общее значение) составляет 1027,81 кг/м3. Но чем выше концентрация солей, тем она будет плотнее.
На плотность и количество солей в морской воде оказывает влияние:
С соленой
Плотность любой соленой воды зависит от концентрации в ней различных солей. Чем больше концентрация, тем она более плотная, т.е. будет уже не 999,8 кг/м3, а 1000 кг/м3 и более.
Какая плотнее и почему?
Если сравнивать пресную и морскую воду, то последняя всегда будет плотнее из-за содержания солей. Если говорить о температуре, то чем холоднее вода, тем она плотнее, за исключением той, что нагрета от 0 до 4˚С.
Какая вода плотнее — соленая или пресная, видео-эксперимент:
Заключение
Плотность пресной воды непостоянна при нормальном давлении и зависит от температуры, но всегда меньше в сравнении с соленой. На нее также влияет степень чистоты, содержание включений и примесей, пузырьков воздуха и т. д.
Плотность воды — краткое определение, значение плотности воды в зависимости от температуры и её аномалия
Плотность воды (далее возможно ПВ) — весьма важное для всех нас свойство воды, впрочем как и все остальные 🙂
Плотность — это …
Вначале сформулируем, что такое плотность вещества как таковая, в общем.
Плотность показывает количество, какого либо вещества, выраженное в массе, на единицу объема.
ПЛОТНОСТЬ (ρ)= МАССА (M)/ОБЪЕМ (V)
Значение плотности воды
Плотность воды в зависимости от температуры
Ниже приведем изменение плотности чистой воды в зависимости от температуры:
Плотность воды — аномалия
Как мы видим, ПВ в жидком состоянии, вначале, при повышении температуры до 4-х градусов по Цельсию, увеличивается, а далее от 4 °C и выше понижается. Т. е. при 4 °C ПВ достигает своего максимального значения.
С аномалией плотности воды связаны такие факты и явления:
Прекрасной иллюстрацией аномалии ПВ является, например, лед. Он не тонет, поскольку его плотность меньше ПВ.
Свойство воды, благодаря которому ее максимальная плотность достигается при +4 °C, имеет огромное значение для всей нашей планеты. Например, благодаря именно этому свойству пруды и другие водоемы замерзают сверху вниз, что позволяет всем формам жизни находящимся в них выжить в период сильных морозов.
Заключение
Уникальные свойства ПВ еще раз подтверждают то, что в природе все находится в гармоничной взаимосвязи, нарушать которую никак нельзя.
Начнем с самого сложного — с массы. Казалось бы, это понятие мы слышим с самого детства, примерно знаем, сколько в нас килограмм, и ничего сложного здесь быть не может. На самом деле, все сложнее.
В Международном бюро мер и весов в Париже есть цилиндр массой один килограмм. Материал этого цилиндра — сплав иридия и платины. Его масса равна одному килограмму, и этот цилиндр — эталон для всего мира.
Высота этого цилиндра приблизительно равна 4 см, но чтобы его поднять, нужно приложить немалую силу. Необходимость эту силу прикладывать обуславливается инерцией тел и математически записывается через второй закон Ньютона.
Второй закон Ньютона
F = ma
В этом законе массу можно считать неким коэффициентом, который связывает ускорение и силу. Также масса важна при расчете силы тяготения. Она является мерой гравитации: именно благодаря ей тела притягиваются друг к другу.
Закон Всемирного тяготения
F = GMm/R2
M — масса первого тела (часто планеты) [кг]
m — масса второго тела [кг]
R — расстояние между телами [м]
G — гравитационная постоянная
G = 6.67 × 10-11 м3 кг-1 с-2
Когда мы встаем на весы, стрелка отклоняется. Это происходит потому, что масса Земли очень большая, и сила тяготения буквально придавливает нас к поверхности. На более легкой Луне человек весит меньше в шесть раз. Когда думаешь об этом, хочется взвешиваться исключительно на Луне🙃
Откуда берется масса
Физики убеждены, что у элементарных частиц должна быть масса. Доказано, что у электрона, например, масса есть. В противном случае они не могли бы образовать атомы и всю видимую материю.
Вселенная без массы представляла бы собой хаос из различных излучений, двигающихся со скоростью света. Не существовало бы ни галактик, ни звезд, ни планет. Здорово, что это не так, и у элементарных частиц есть масса. Только вот пока непонятно, откуда эта масса у них берется.
Мужчину на этой фотографии зовут Питер Хиггс. Ему мы обязаны за предположение, экспериментально доказанное в 2012 году, что массу всех частиц создает некий бозон.
Бозон Хиггса невозможно представить. Это точно не частица в форме шарика, как обычно рисуют электрон в учебнике. Представьте, что вы бежите по песку. Бежать ощутимо сложно, как будто бы увеличилась масса. Частицы пробираются в поле Хиггса и получают таким образом массу.
Объем тела
Объем — это физическая величина, которая показывает, сколько пространства занимает тело. Это важный навык — уметь объемы соотносить. Например, чтобы посчитать, сколько пластиковых шариков помещается в гигантский бассейн.
Например, чтобы рассчитать объем прямоугольного параллелепипеда, нам нужно перемножить три его параметра.
Формула объема параллелепипеда
V = a*b*c
А для цилиндра будет справедлива такая формула:
Формула объема цилиндра
V = S*h
S — площадь основания [м^2]
Плотность вещества
Плотность — скалярная физическая величина. Определяется как отношение массы тела к занимаемому этим телом объёму.
Формула плотности вещества
р — плотность вещества [кг/м^3]
m — масса вещества [кг]
V — объем вещества [м^3]
Плотность зависит от температуры, агрегатного состояния вещества и внешнего давления. Обычно если давление увеличивается, то молекулы вещества утрамбовываются плотнее — следовательно, плотность больше. А рост температуры, как правило, приводит к увеличению расстояний между молекулами вещества — плотность понижается.
Ниже представлены значения плотностей для разных веществ. В дальнейшем это поможет при решении задач.
Плотность воды: что это и при каких условиях какие имеет значения
Плотность вещества, как известно, различается по его состоянию. Существует всего три формы: жидкое, твердое и газ. Закономерно, что в большинстве случаев твердые вещества плотнее, чем жидкие и газообразные тела. Для вычисления используется формула (деление удельной массы на единицу объема) — p=m/V. Единицы того, в чем измеряется плотность, обычно составляют кг на м³, либо г на мл, если это жидкость. Но существует жидкое вещество, выбивающееся из общей структуры – исключением является вода.
Что такое плотность воды?
Вода уникальна тем, что это единственная материя, встречающаяся в трёх различных состояниях. Соответственно, в жидком она встречается повсеместно — это можно назвать исходной формой. Её твердое состояние — лёд, снег, а газообразное — водяной пар. Вещество в любой форме имеет одно химическое обозначение — H 2 O.
Каждая форма состояния воды имеет собственную характеристику:
Кроме того, твердая форма всегда имеет отрицательную температуру, то есть всегда холодная. Вода, в свою очередь, бывает любой температуры, но при высокой начинает испаряться — так, пар бывает только горячим. Впрочем, он остывает при смешивании с воздухом и растворяется, поднимаясь выше от источника.
Отличаются и другие характеристики: снег быстро растает, если его поместить в воду, а лёд будет какое-то время плавать. Снежную массу и воду можно окрашивать, а лёд и пар — нет. Конечно, получить цветные льдинки возможно, но для этого нужно замораживать окрашенную воду. Однако, следует учесть, что такое окрашивание может незначительно изменить параметр плотности из-за использованного красителя.
Плотность воды по-своему уникальна, поскольку замерзшей она имеет вес меньший, чем обычно. Соответственно, параметр также снижается. Иначе говоря, замерзшая вода на разных стадиях заморозки будет иметь вес всё меньше и меньше. Так, полностью заледеневшая вода имеет массу меньшую, чем снег. А водяной пар весит и того меньше, следовательно, его плотность также уменьшается и как её определить — неизвестно.
Параметр вычисляется массой, разделенной на единицы объема в кг на м³. Другие особенности:
Максимальный зарегистрированный параметр составил 1000кг на м³ при температуре в пределах 3-4°C. Увеличение и снижение показали схожие результаты на понижение плотности. Можно сделать вывод, что наибольшую плотность вода имеет в этом температурном диапазоне.
Какова плотность воды
Основная масса воды во многом зависит сразу от трёх факторов — солёности (либо наличия других добавок, которые повышают массу и температуру), сколько градусов составляет она сама, а также наличия постоянного давления. Причем вычислить точный параметр можно только при условии неизменности третьего фактора.
Разные типы воды (угнетение составляет 1атм, а данные приводятся ориентировочно):
Помимо морской, в которой параметр завышается из-за солей, есть ещё один вид воды с высокой концентрацией. Объем воды, залегающей в грунте, составляет в среднем 1010-1210 кг/м³, величина относительная и зависит от минерализации.
Вода по этому параметру близка по значению многим продуктам питания. Но напитки и соки, как правило, имеют большую массу, которая приравнивается к морской воде. Другие вещества значительно уступают: спирты намного легче, как и плотность нефти (730-940 кг/м³) и другого топлива. Наибольшей считается плотность ртути — она достигает 13,5 кг при комнатной температуре.
Разная плотность жидких веществ различно их характеризует. Те вещества, чья концентрация выше, чем у воды, начинают тонуть и смешиваться в результате. Другие остаются на поверхности. Таким образом, ртуть тонет и растворяется в воде, а нефть остается при разливе на поверхности. Ещё один пример: айсберги именно плавают, а не остаются статичными. Несмотря на большую массу, их плотность значительно меньше соленой океанской воды, это удерживает их на поверхности и заставляет дрейфовать.
Плотность воды и температура
Вода — это отдельная жидкость, которая остается в обычном состоянии при плюсовых температурах от 0 до 374°С. Последнее является критической отметкой, при которой образуется водяной пар, а всё, что ниже нуля — уже снег и лёд.
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
0,999
62
982,1
0,9821
200
864,7
0,8647
0,1
999
0,999
64
981,1
0,9811
210
852,8
0,8528
2
999
0,999
66
980
0,98
220
840,3
0,8403
4
1000
1
68
978,9
0,9789
230
827,3
0,8273
6
999
0,999
70
977,8
0,9778
240
813,6
0,8136
8
999
0,999
72
976,6
0,9766
250
799,2
0,7992
10
999
0,999
74
975,4
0,9754
260
783,9
0,7839
12
999
0,999
76
974,2
0,9742
270
767,8
0,7678
14
999
0,999
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
0,503
48
988,9
0,9889
130
934,6
0,9346
366
488
0,488
50
988
0,988
140
925,8
0,9258
368
470
0,470
52
987
0,987
150
916,8
0,9168
370
448
0,448
54
986
0,986
160
907,3
0,9073
371
435
0,435
56
985
0,985
170
897,3
0,8973
372
418,1
0,4181
58
984
0,984
180
886,9
0,8869
373
396,2
0,3962
60
983
0,983
190
876
0,876
374,12
317,8
0,3178
Таблица плотности показывает основные значения, однако следует учитывать, что они приведены ориентировочно. На измерение, помимо температуры, может влияет масса факторов. Потому температуру в 20°С принимают как среднее между 19°С и 21°С. Также в таблице приведены значения, рассчитанные на обычной чистой воде. Морская или солёная будет иметь большую плотность, которую можно посмотреть в другой таблице.
Другая особенность, уже отмеченная ранее, заключается в том, как при повышении, так и при снижении температуры плотность уменьшается. Масса при нормальных условиях (приведенной температуре) отличается от концентрации на высоких температурах.
Смена агрегатного состояния существенно меняется, отсюда появилась характерная черта с колебаниями параметра в пределах измерений. Плотность льда приводится в значении 920 кг/м3, а пар всего сотые доли объема. При этом химия определяет один параметр измерения для всех состоянии.
Плотность воды: аномалия
Аномалия заключается в том, что жидкое состояние увеличивает плотность до температуры в 4°С, а далее — понижается. Другими словами, именно в этом отрезке вода достигает максимальной плотности. Но в других агрегатных состояниях параметр становится на порядок ниже: у пара его сложно рассчитать, он практически невесомый, а лёд и снег меньше почти на 100 кг.
Аномалии плотности воды вызывают следующие явления:
Отклонение в полной мере демонстрируется на примере льда. Он не тонет, поскольку его плотность меньше, чем у воды. Аналогичная ситуация складывается со снегом — он плавает на поверхности, пока не растает. При смешивании талой воды с обычной на поверхности появляются видимые разводы — это эффект смешивания, когда жидкость набирает аналогичную концентрацию. Однако в похожей ситуации с топливом или маслами такое не пройдет, они останутся на поверхности. Растаявший снег всё ещё вода, а другие жидкости ей не станут.
Свойство плотности имеет большое значение для живых организмов. Из-за него водоемы промерзают сверху вниз, позволяя выжить находящимся подо льдом формам жизни. Уникальные характеристики воды с её тремя состояниями только подтверждают мысль, что природа полностью гармонична.
Плотность воды, теплопроводность и физические свойства H2O
Рассмотрены физические свойства воды: плотность воды, теплопроводность, удельная теплоемкость, вязкость, число Прандтля и другие. Свойства представлены при различных температурах в виде таблиц.
Плотность воды в зависимости от температуры
Вода существует как отдельная жидкость в диапазоне температуры от 0 до максимальной 374,12°С — это ее критическая температура, при которой исчезает граница раздела между жидкостью и водяным паром. Значения плотность воды при этих температурах можно узнать в таблице ниже. Данные о плотности воды представлены в размерности кг/м 3 и г/мл.
В таблице приведены значения плотности воды в кг/м 3 и в г/мл (г/см 3 ), допускается интерполяция данных. Например, плотность воды при температуре 25°С можно определить, как среднее значение от величин ее плотности при 24 и 26°С. Таким образом, при температуре 25°С вода имеет плотность 997,1 кг/м 3 или 0,9971 г/мл.
Плотность воды при различных температурах — таблица
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
Кроме того, вы также можете ознакомиться с таблицей плотности веществ и материалов.
Физические свойства воды при температуре от 0 до 100°С
В таблице представлены следующие физические свойства воды: плотность воды ρ, удельная энтальпия h, удельная теплоемкость Cp, теплопроводность воды λ, температуропроводность воды а, вязкость динамическая μ, вязкость кинематическая ν, коэффициент объемного теплового расширения β, коэффициент поверхностного натяжения σ, число Прандтля Pr. Физические свойства воды приведены в таблице при нормальном атмосферном давлении в интервале от 0 до 100°С.
Такое свойство воды, как теплопроводность (или правильнее — коэффициент теплопроводности) при нагревании имеет тенденцию к увеличению. Теплопроводность воды при температуре кипения 100°С достигает значения 0,683 Вт/(м·град). Температуропроводность H2O также увеличивается при росте ее температуры.
Следует отметить нелинейное поведение кривой зависимости удельной теплоемкости этой жидкости от температуры. Ее значение снижается в интервале от 0 до 40°С, затем происходит постепенный рост теплоемкости до величины 4220 Дж/(кг·град) при 100°С.
Теплофизические свойства воды на линии насыщения (100…370°С)
В таблице представлены теплофизические свойства воды H2O на линии насыщения в зависимости от температуры (в диапазоне от 100 до 370°С). Каждому значению температуры, при которой вода находится в состоянии насыщения, соответствует давление ее насыщенного пара. При этих параметрах жидкость и ее пар находятся в состоянии насыщения или термодинамического равновесия.
В таблице даны следующие теплофизические свойства воды в состоянии насыщенной жидкости:
Другие свойства воды такие, как плотность, теплопроводность, удельная теплоемкость, температуропроводность при росте ее температуры имеют тенденцию к снижению своих значений. Например, плотность воды уменьшается с 958,4 до 450,5 кг/м 3 при нагревании со 100 до 370°С.
Теплопроводность воды в состоянии насыщения при увеличении температуры также снижается (в отличие от нормальных условий и температуре до 100°С, при которых имеет место ее рост в процессе нагрева). Снижение теплопроводности связано с увеличением как температуры, так и давления насыщенной жидкости.
Следует отметить, что удельная энтальпия воды в зависимости от температуры значительно увеличивается при нагревании, как до температуры кипения, так и выше.
Теплопроводность воды в зависимости от температуры при атмосферном давлении
В таблице представлены значения теплопроводности воды в жидком состоянии при нормальном атмосферном давлении. Теплопроводность воды указана в зависимости от температуры в интервале от 0 до 100°С.
Вода при нагревании становиться более теплопроводной — ее коэффициент теплопроводности увеличивается. Например, при 10°С вода имеет теплопроводность 0,574 Вт/(м·град), а при росте температуры до 95°С величина теплопроводности воды увеличивается до значения 0,682 Вт/(м·град).
Теплопроводность воды в зависимости от температуры
t, °С
0
5
10
15
20
25
30
35
40
50
λ, Вт/(м·град)
0,569
0,572
0,574
0,587
0,599
0,609
0,618
0,627
0,635
0,648
t, °С
55
60
65
70
75
80
85
90
95
100
λ, Вт/(м·град)
0,654
0,659
0,664
0,668
0,671
0,674
0,677
0,68
0,682
0,683
Теплопроводность воды в зависимости от температуры и давления
В таблице приведены значения теплопроводности воды и водяного пара при температурах от 0 до 700°С и давлении от 1 до 500 атм.
Как известно, вода при атмосферном давлении закипает и переходит в пар при температуре 100°С. Коэффициент теплопроводности воды в этих условиях равен 0,683 Вт/(м·град). При увеличении давления растет и температура кипения воды (закон Клапейрона — Клаузиуса). По данным таблицы видно, при давлении в 100 раз выше атмосферного (100 бар) вода находится в виде пара при температуре от 310°С и имеет теплопроводность 0,523 Вт/(м·град).
Таким образом, следует отметить, что изменение давления влияет как на температуру кипения воды, так и на величину ее теплопроводности. Высокая теплопроводность воды достигается за счет роста давления — при повышении давления коэффициент теплопроводности воды увеличивается. Например, при давлении 1 бар и температуре 20°С вода имеет теплопроводность, равную 0,603 Вт/(м·град). При росте давления до 500 бар теплопроводность воды становится равной 0,64 Вт/(м·град) при этой же температуре.
На плотность обычной воды влияет только температура.
На плотность и количество солей в морской воде оказывает влияние:
