Công cụ này là gì
Công cụ này ước tính khối lượng riêng của nước ở thể lỏng theo nhiệt độ, dựa trên một công thức đa thức thực nghiệm quen thuộc, áp dụng cho khoảng từ 0 °C đến 100 °C ở áp suất khí quyển tiêu chuẩn. Khối lượng riêng của nước không phải là hằng số: nó đạt giá trị lớn nhất quanh mức 4 °C rồi giảm dần khi nước nóng lên. Đây cũng chính là lý do vì sao băng nổi trên mặt nước và vì sao các hồ nước phân tầng theo nhiệt độ.
Cách sử dụng
Bạn chỉ cần nhập nhiệt độ của nước theo độ C (từ 0 đến 100). Công cụ sẽ trả về khối lượng riêng tính theo kilôgam trên mét khối (kg/m³) và đồng thời theo gam trên xăngtimét khối (g/cm³). Bạn có thể dùng nó cho công việc trong phòng thí nghiệm, kỹ thuật, nuôi cá cảnh, nấu bia thủ công hay làm bài tập vật lý.
Công thức
Khối lượng riêng được tính theo công thức:
$$\rho = 1000\left(1 - \frac{\text{T (\degree C)} + 288.9414}{508929.2\left(\text{T (\degree C)} + 68.12963\right)}\left(\text{T (\degree C)} - 3.9863\right)^2\right)$$
trong đó \(T\) là nhiệt độ tính bằng °C và \(\rho\) có đơn vị kg/m³. Số hạng \((T - 3.9863)^2\) đảm bảo khối lượng riêng đạt cực đại ở khoảng 3.9863 °C, đúng với đặc tính vật lý thực tế của nước.
Ví dụ minh họa
Với \(T = 100\) °C: \((T + 288.9414) = 388.9414\); mẫu số \(= 508929.2 \times (100 + 68.12963) = 508929.2 \times 168.12963 \approx 85.565.000\); \((T - 3.9863)^2 = 96.0137^2 \approx 9218{,}63\). Vậy $$\rho \approx 1000 \times \left(1 - \frac{388.9414}{85.565.000} \times 9218{,}63\right) \approx 1000 \times (1 - 0{,}041903) \approx 958{,}10 \text{ kg/m}^3$$ Gần điểm sôi, nước có khối lượng riêng thấp hơn rõ rệt so với mức ~999,97 kg/m³ mà nó đạt được quanh 4 °C.
Câu hỏi thường gặp
Nước có khối lượng riêng lớn nhất ở nhiệt độ nào? Khoảng 3,99 °C, khi đó khối lượng riêng đạt xấp xỉ 999,97 kg/m³.
Công thức này có tính đến áp suất không? Không — công thức giả định áp suất khí quyển tiêu chuẩn và nước tinh khiết ở thể lỏng.
Vì sao khối lượng riêng giảm khi vượt quá 4 °C? Do sự giãn nở nhiệt: khi nóng lên, các phân tử chuyển động và tách xa nhau hơn, làm tăng thể tích và giảm khối lượng riêng.
