Densité de l'eau, poids spécifique et coefficients de dilatation thermique

Aperçu

La densité est le rapport de la masse au volume :

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

où $\rho$ est la densité, $m$ est la masse et $V$ est le volume. La densité est couramment exprimée en g/cm^3, kg/m^3, lb/ft^3 ou sl/ft^3.

L'eau pure atteint sa densité maximale, environ 1000 kg/m^3 ou 1.940 slug/ft^3, à 4 degC (39.2 degF). Au-dessus de cette température, la densité diminue car l'eau se dilate.

Le poids spécifique est le rapport du poids au volume :

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

où $\gamma$ est le poids spécifique et $g$ est l'accélération de la pesanteur. La gravité standard est normalement prise comme 9.80665 m/s^2 ou 32.17405 ft/s^2.

Pour l'eau à 4 degC dans le système SI :

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

Dans les unités impériales d'ingénierie, la densité de l'eau à 39 degF est d'environ 1.940 sl/ft^3 :

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

Calculateur en ligne de la densité de l'eau

La page originale inclut un calculateur pour la densité de l'eau liquide à une température donnée et rapporte la densité en g/cm^3, kg/m^3, lb/ft^3, lb/gal(US liq) et sl/ft^3. Les plages de température valides originales sont 0-370 degC, 32-700 degF, 273-645 K et 492-1160 degR.

Le calculateur ci-dessous utilise une approximation à pression atmosphérique standard pour l'eau liquide près de la plage liquide ordinaire. Utilisez les valeurs tabulées pour les travaux de conception, les conditions de saturation au-dessus de 100 degC, ou la pression élevée.

Variables

Graphiques de densité interactifs

La page originale contient trois images de densité : densité de l'eau en fonction de la température en degC, densité de l'eau en fonction de la température en degF, et densité en fonction de la température à pression élevée. Les graphiques ci-dessous recréent ces jeux de données d'images à partir des valeurs tabulées originales afin que les courbes puissent être inspectées de manière interactive.

Densité, poids spécifique et dilatation thermique en degC

Les valeurs de 0-100 degC sont à 1 atm. Les valeurs au-dessus de 100 degC sont à la pression de saturation.

Densité, Poids spécifique et Dilatation thermique en degF

Les valeurs de 32-212 degF sont à 1 atm. Les valeurs supérieures à 212 degF sont à la pression de saturation.

Densité et Poids spécifique à 1000 psi

Le tableau original donne la densité et le poids spécifique de l'eau à 1000 psi (68.1 atm). À cette pression, le point d'ébullition noté dans la source est 284.8 degC (544.58 degF).

Densité et Poids spécifique à 10000 psi

Conversions d'unités et Exemples

Le poids par gallon américain est basé sur 7.48 gal/ft^3.

Un gallon liquide américain équivaut à :

• 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

Conversion de densité à partir de 1 kg/m^3 :

L'exemple 2 de la page d'origine convertit la densité de l'eau à 20 °C :

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

L'exemple 3 calcule la masse d'eau dans un réservoir. Un réservoir d'un volume de 10 m^3 contient de l'eau chaude à 190 °F. D'après le tableau des degrés Fahrenheit, la densité est de 966,8 kg/m^3 :

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

Images sources originales

Les images sources originales suivantes sont conservées pour éviter de perdre le matériel de référence visuel. Lorsqu'une image contient des données sous forme de graphique ou de tableau, ses valeurs extraites sont représentées dans les tableaux, calculateurs ou graphiques interactifs de la page ; les images restantes sont conservées comme références visuelles sources.

Notes techniques

• La relation densité-température n'est pas linéaire. Le coefficient d'expansion volumétrique n'est donc pas constant sur toute la plage de températures.
• L'eau est la plus dense près de 4 °C. Cette anomalie est importante en hydrostatique, en convection naturelle, dans la protection contre le gel et dans les calculs de réservoirs de stockage.
• Au-dessus du point d'ébullition normal, les tableaux à 1 atm ne correspondent plus à des données d'eau liquide à pression atmosphérique ; la source originale rapporte des valeurs à la pression de saturation.
• La pression augmente la densité de l'eau liquide. Le graphique de pression et les tableaux haute pression montrent la différence entre 1 atm ou la saturation, 1000 psi et 10000 psi.
• Dans les tableaux en unités impériales américaines, lbm/ft^3 et lbf/ft^3 sont numériquement similaires à la gravité standard, mais la densité et le poids spécifique sont des grandeurs physiques différentes.

Références

• Engineering ToolBox - Water Density, Specific Weight and Thermal Expansion Coefficients
• Les jeux de données d'images originaux ont été restaurés sous forme de graphiques interactifs à partir de water_density_C.jpg, water_density_F.jpg et Water_density_temp_pressure_F.jpg.