Gęstość wody w zależności od temperatury

Gęstość wody jest jednym z najważniejszych parametrów fizycznych, który zmienia się w zależności od temperatury. Ta zależność może mieć istotny wpływ na procesy zachodzące w gospodarstwach domowych. Woda ma specyficzne właściwości, które wyróżniają ją spośród innych substancji. Z naszego artykułu dowiesz się, jak przebiegają zmiany w gęstości wody g/cm³ w stosunku do jej temperatury w normalnym ciśnieniu.

Czym jest gęstość wody?

Według ogólnej definicji gęstość jest przedstawiana jako stosunek masy danej substancji do objętości, jaką ona zajmuje. Trzeba jednak dodać, że na parametr ten ma wpływ temperatura. W przypadku większości cieczy im jest ona wyższa, tym mniejsza jest jej gęstość. Woda stanowi tutaj wyjątek, gdyż związek ten zachowuje się jak każda inna ciecz w temperaturze powyżej 4 stopni Celsjusza. Informacja ta jest szczególnie istotna dla projektantów i użytkowników systemów grzejnych, klimatyzacji czy wentylacji.

Gęstość wody zazwyczaj oznaczana jest lub greckim symbolem ρ, bądź literą d, obliczana jest ze wzoru d = m/V. Przy czym m to masa próbki, a V – objętość zajmowana przez badaną ciecz. Podstawową jednostką gęstości w międzynarodowym układzie SI jest kilogram na metr sześcienny (kg/m³), jednakże bywa ona także określana w kilogramach przypadających na litr (kg/l) oraz gramach na centymetr sześcienny (g/cm³).

Jaka jest maksymalna gęstość wody?

Odpowiedzią na pytanie, kiedy woda ma największą gęstość, jest wspomniana wcześniej temperatura graniczna 4 stopnie Celsjusza. Należy wspomnieć, że w tak zwanych warunkach normalnych, czyli przy ciśnieniu na poziomie 1013,25 hPa parametr ten osiąga wartość 1000 kg na metr³. Ta informacja jest niezwykle istotna, bo można wówczas przyjąć, że 1 litr H₂O to dokładnie 1 kg. Dzięki temu może być obliczona masa wody w danym naczyniu, przy znajomości jego objętości.

Dlaczego gęstość wody spada poniżej temperatury granicznej?

Spadek gęstości i jednoczesny wzrost objętości wody poniżej 4 stopni Celsjusza wynika ze zmiany struktury cieczy. Przy dalszym chłodzeniu tworzą się w niej sieci kryształków, które zajmują więcej przestrzeni niż płyn o wyższej energii.

Skutki zmiany gęstości wody

Różnice w gęstości wody w zależności od temperatury możemy obserwować na każdym kroku. Począwszy od zwiększania się objętości podgrzewanej w garnku cieczy mogącej skutkować zalaniem kuchenki, aż po rozszczelnienie instalacji hydraulicznej w przypadku wystąpienia ujemnych temperatur. Spadek gęstości H₂O jest również widoczny w postaci kry lodowej unoszącej się na rzece. Aby zapobiegać negatywnym zjawiskom z wiązanym ze zmianą gęstości wody, trzeba poznać jej kluczowe parametry w relacji do temperatury.

Gęstość wody - tabela

Gęstość razem z lepkością wody są jednymi z najbardziej istotnych cech tej cieczy. Poniżej przedstawiamy tabelę, która prezentuje zmiany tej wartości w zależności od temperatury.

Tabela gęstości wody