Khối lượng riêng hay còn gọi là mật độ khối lượng, nói một cách đơn giản hơn thì khối lượng riêng. Là tỉ lệ thể tích so với khối lượng của vật rắn. Dựa vào thông tin trên, ngày hôm nay chúng ta cùng nhau đi tìm hiểu về khối lượng riêng của nước.
Khối lượng riêng của nước là gì?
Khối lượng riêng của nước là đại lượng vật lý thể hiện khối lượng của một đơn vị thể tích nước. Khối lượng riêng của nước là khoảng 1000 kilogam trên mét khối (1000kg/m³) hoặc 1 gam trên centimet khối (1g/cm³). Đây là giá trị tiêu chuẩn và thường được sử dụng cho nước nguyên chất ở nhiệt độ 4 độ C (39.2 độ F) và áp suất khí quyển tiêu chuẩn.
Khối lượng riêng của nước sẽ thay đổi tùy thuộc vào nhiệt độ thực tế. Tuy nhiên, trong phạm vi nhiệt độ môi trường thông thường mà chúng ta gặp hàng ngày (ví dụ từ khoảng 15°C đến 30°C), khối lượng riêng của nước là 997 kg/m³.
Công thức tính khối lượng riêng:
Khối lượng riêng (D) = Khối lượng (m) / Thể tích (V)
Đơn vị đo:
- Kg/m³ (kilôgam trên mét khối)
- G/cm³ (gam trên centimet khối)
Giá trị khối lượng riêng của nước:
- Nước ngọt ở nhiệt độ 4°C: 1000 kg/m³ (hoặc 1 g/cm³)
- Nước biển: 1025 kg/m³
- Nước đá: 920 kg/m³ (Do đó, đá nổi trên mặt nước)
Lưu ý:
Khối lượng riêng của nước thay đổi theo nhiệt độ:
- Giảm khi nhiệt độ tăng: Nước nóng nở ra, thể tích tăng, khối lượng riêng giảm.
- Tăng khi nhiệt độ giảm: Nước lạnh co lại, thể tích giảm, khối lượng riêng tăng.
Khối lượng riêng của nước cũng thay đổi theo độ cao:
- Giảm khi độ cao tăng: Do áp suất khí quyển giảm, nước loãng ra, thể tích tăng, khối lượng riêng giảm.
- Tăng khi độ cao giảm: Do áp suất khí quyển tăng, nước đặc lại, thể tích giảm, khối lượng riêng tăng.
Ứng dụng của việc biết khối lượng riêng của nước:
- Tính trọng lượng của nước: Trọng lượng (P) = Khối lượng riêng (D) x Thể tích (V)
- Tính thể tích của nước: Thể tích (V) = Khối lượng (m) / Khối lượng riêng (D)
- So sánh khối lượng riêng của các chất khác nhau: Tỷ khối = Khối lượng riêng của chất / Khối lượng riêng của nước (ở 4°C)
- Giải các bài toán liên quan đến nước trong các lĩnh vực như: Kỹ thuật, Vật lý, Hóa học, Sinh học,…
Ví dụ:
- Tính trọng lượng của 5 m³ nước ngọt: P = D x V = 1000 kg/m³ x 5 m³ = 5000 kg
- Tính thể tích của 2 kg nước biển: V = m / D = 2 kg / 1025 kg/m³ = 0,00196 m³ ≈ 1,96 lít
- So sánh tỷ khối của dầu và nước: Tỷ khối dầu = 800 kg/m³ / 1000 kg/m³ = 0,8
Khối lượng riêng của nước đá
Như mình đã nói ở trên, đối với khối lượng riêng của nước. Bị phụ thuộc rất nhiều vào nhiệt độ. Và nước đá là một ví dụ cụ thể trong trường hợp này. Đối với nước đá, nhiệt rất thấp cho nên. Khối lượng riêng của nước đá, bao giờ cũng thấp hơn.
Hiện nay khối lượng riêng của nước đá được quy ước là: 920kg/m3
Xem thêm một số khối lượng riêng của nước, ở các mức nhiệt khác nhau.
Nhiệt ĐộMật Độ Nước (kg/m3)° C° F0.032.0999.54254.039.2999.975010.050.0999.702615.059.0999.102617.062.6998.777920.068.0998.207125.077.0997.047937.098.6993.3316100.0212.0958.3665
Ba phương pháp để đó được khối lượng riêng của nước
Có nhiều phương pháp đo khối lượng riêng của nước, tùy thuộc vào mục đích và độ chính xác cần thiết.Trong đó có ba phương pháp là được sử dụng nhiều nhất cụ thể là những phương áp như sau:
Phương pháp trực tiếp
Phương áp đo trực tiếp được xem là một trong số các phương pháp đơn giản và dễ thực hiện nhất, bằng cách sử cân trực tiếp khối lượng và thể tích nước thông qua bình chứa hoặc thiết bị chuyên dụng.
Sau đó, áp dụng công thức khối lượng riêng D = m/V, trong đó D là khối lượng riêng, m là khối lượng và V là thể tích của nước. Phương pháp này có ưu điểm là đơn giản và dễ thực hiện, nhưng có nhược điểm là không chính xác cao do sai số của thiết bị đo và ảnh hưởng của nhiệt độ.
Phương pháp tỷ trọng kế
Phương pháp này dùng một thiết bị gọi là tỷ trọng kế, được làm bằng thủy tinh, có hình trụ một đầu được gắn một quả bóng. Đối với quả bóng trong sẽ chứa kim loại hoặc thuỷ ngân với mục đích đảm bảo tỷ trọng kế luôn thẳng đứng trong quá trình sử dụng.
Trên thân tỷ trọng kế có ghi các vạch chia để chỉ giá trị khối lượng riêng của nước tại các nhiệt độ khác nhau. Để đo khối lượng riêng của nước, ta chỉ cần nhúng tỷ trọng kế vào nước và xem vạch chia tương ứng với mức nước. Phương pháp này có ưu điểm là chính xác hơn phương pháp trực tiếp và không cần tính toán, nhưng có nhược điểm là tỷ trọng kế dễ vỡ và không thể đo được khối lượng riêng của các dung dịch có thành phần khác nhau.
Phương pháp lực kế
Phương pháp này dùng một thiết bị gọi là lực kế, là một loại cân có thang đo hiển thị lực kéo hoặc lực nén của vật.
Để đo khối lượng riêng của nước, ta cần có một vật có hình dạng quả cầu hoặc hình hộp, có thể tính được thể tích chính xác.
Sau đó, ta treo vật lên lực kế và ghi lại giá trị lực kéo khi vật ở trong không khí và khi vật ở trong nước. Khối lượng riêng của nước sẽ được tính bằng công thức D = (F1 – F2)/Vg,
Trong đó:
- D là khối lượng riêng,
- F1 là lực kéo khi vật ở trong không khí,
- F2 là lực kéo khi vật ở trong nước
- V là thể tích của vật và g là gia tốc trọng trường.
Phương pháp này có ưu điểm là có thể đo được khối lượng riêng của các dung dịch có thành phần khác nhau và không bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ, nhưng có nhược điểm là phức tạp và cần tính toán nhiều.
Ứng dụng thực tế khối lượng riêng của nước trong cuộc sống
Khối lượng riêng của nước có nhiều tính ứng dụng trong quá trình sản xuất, vận chuyển và sử dụng nước. Ví dụ, khối lượng riêng của nước được dùng để tính lưu lượng nước qua các đồng hồ nước, để tính trọng lực riêng của các dung dịch hóa học, để tính thể tích và khối lượng của các bể chứa nước, để tính sức ép và độ cao của các cột nước trong các hệ thống cấp thoát nước, để tính công suất và hiệu suất của các máy biến áp nhiệt và các máy phát điện hạt nhân sử dụng phản ứng hạt nhân tổng hợp, v.v…
