這是什麼
這個計算器使用一條廣為人知的經驗多項式,來估算液態水在不同溫度下的密度,適用範圍為標準大氣壓下的 0 °C 至 100 °C。水的密度並非固定不變:它在約 4 °C 時達到最大值,水溫升高後密度便逐漸下降。這也正是為什麼冰會浮在水面,以及湖泊會依溫度分層的原因。
如何使用
輸入水溫(攝氏 0–100 度),計算器會回傳以「公斤每立方公尺(kg/m³)」表示的密度,同時也提供「公克每立方公分(g/cm³)」的數值。無論是實驗室分析、工程計算、水族養殖、釀造,或是物理作業,都能派上用場。
計算公式
密度依下列公式計算:
$$\rho = 1000\left(1 - \frac{\text{T (\degree C)} + 288.9414}{508929.2\left(\text{T (\degree C)} + 68.12963\right)}\left(\text{T (\degree C)} - 3.9863\right)^2\right)$$
其中 \(T\) 為攝氏溫度(°C),\(\rho\) 為以 kg/m³ 表示的密度。式中 \(\left(T - 3.9863\right)^2\) 這一項,確保密度的最大值出現在約 \(3.9863\) °C,正好對應水實際的物理特性。
範例試算
當 \(T = 100\) °C 時:\(\left(T + 288.9414\right) = 388.9414\);分母 \(= 508929.2 \times \left(100 + 68.12963\right) = 508929.2 \times 168.12963 \approx 85{,}565{,}000\);\(\left(T - 3.9863\right)^2 = 96.0137^2 \approx 9218.63\)。因此 $$\rho \approx 1000 \times \left(1 - \frac{388.9414}{85{,}565{,}000} \times 9218.63\right) \approx 1000 \times \left(1 - 0.041903\right) \approx 958.10 \text{ kg/m}^3$$接近沸點時,水的密度明顯低於約 4 °C 時的最大值(約 999.97 kg/m³)。
常見問題
水在幾度時密度最大?約在 3.99 °C,此時密度約為 999.97 kg/m³。
這個公式有考慮壓力嗎?沒有——它假設為標準大氣壓下的純液態水。
為什麼超過 4 °C 後密度會下降?這是熱膨脹的緣故:溫度升高後,水分子運動加劇、彼此距離拉大,使體積增加而密度降低。