水の密度、比重および熱膨張係数

概要

密度は体積に対する質量の比です：

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

ここで $\rho$ は密度、$m$ は質量、$V$ は体積です。密度は一般に g/cm^3、kg/m^3、lb/ft^3 または sl/ft^3 で表されます。

純水は最大密度、約 1000 kg/m^3 または 1.940 slug/ft^3 に 4 degC (39.2 degF) で到達します。この温度以上では、水が膨張するにつれて密度は減少します。

比重は体積に対する重量の比です：

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

ここで $\gamma$ は比重、$g$ は重力加速度です。標準重力は通常 9.80665 m/s^2 または 32.17405 ft/s^2 として取られます。

4 degC の水の SI 単位：

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

帝国工学単位では、39 degF での水の密度は約 1.940 sl/ft^3 です：

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

オンライン水密度計算機

元のページには、指定された温度での液体水密度の計算機が含まれ、密度を g/cm^3、kg/m^3、lb/ft^3、lb/gal(US liq) および sl/ft^3 として報告します。元の有効な温度範囲は 0-370 degC、32-700 degF、273-645 K および 492-1160 degR です。

以下の計算機は、通常の液体範囲付近の液体水に対する標準大気圧近似を使用します。設計作業、100 degC 以上の飽和条件、または高圧条件には表の値を使用してください。

変数

インタラクティブ密度チャート

元のページには3つの密度画像が含まれています：degC での水密度と温度の関係、degF での水密度と温度の関係、および高圧での密度と温度の関係。以下のチャートは、元の表の値からそれらの画像データセットを再作成し、曲線をインタラクティブに検査できるようにします。

degC での密度、比重および熱膨張

0-100 degC の値は 1 atm です。100 degC 以上の値は飽和圧力です。

温度（degF）による密度、比重、熱膨張

32-212 degFの値は1 atmでのものです。212 degF以上の値は飽和圧力でのものです。

1000 psiでの密度と比重

元の表では**1000 psi (68.1 atm)での水の密度と比重を示しています。この圧力での沸点はソースによると284.8 degC (544.58 degF)**です。

10000 psiでの密度と比重

単位換算と例

1米ガロンあたりの重量は7.48 gal/ft^3に基づいています。

1米液量ガロンは以下に等しい：

• 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

密度変換から 1 kg/m^3:

元のページからの例2は、20 degCでの水の密度を変換します:

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

例3は、タンク内の水の質量を計算します。体積10 m^3のタンクには190 degFの温水が含まれています。degF表から、密度は966.8 kg/m^3です:

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

元のソース画像

以下の元のソース画像は、視覚的な参考資料を失わないように保存されています。画像にチャートまたは表形式のデータが含まれている場合、その抽出された値はページの表、計算機、またはインタラクティブチャートで表されます。残りの画像は視覚的なソース参照として保持されます。

エンジニアリングノート

• 密度と温度の関係は非線形です。したがって、体積膨張係数は温度範囲全体で一定ではありません。
• 水は4 degC付近で最も密度が高くなります。この異常は、静水力学、自然対流、凍結防止、および貯蔵タンクの計算で重要です。
• 通常の沸点以上では、1 atmの表は大気圧での液体水のデータではなくなります。元のソースでは、飽和圧力での値が報告されています。
• 圧力は液体水の密度を増加させます。圧力チャートと高圧表は、1 atmまたは飽和、1000 psi、および10000 psiの違いを示しています。
• 米国慣用表では、lbm/ft^3とlbf/ft^3は標準重力下で数値的に類似していますが、密度と比重は異なる物理量です。

参考文献

• Engineering ToolBox - 水の密度、比重、および熱膨張係数
• water_density_C.jpg、water_density_F.jpg、およびWater_density_temp_pressure_F.jpgから元の画像データセットをインタラクティブチャートとして復元しました。