水の密度は偶然ではありません。質量のメートル単位は水であるため、立方センチメートル (1cm3) の水の重さは 1 グラム (1g) です。
水の密度は 1g/1cm3 と簡単に思い出せる。ただし、水の実際の密度は大気圧と温度の両方の影響を受けます。密度の変化は非常に小さいため、非常に正確な計算が必要な場合や実験が過酷な環境にある場合を除き、水の密度として 1 g/cm3 を使用し続けることができます。下のグラフは、水の密度が温度によってどのように変動するかを示しています。
これらの密度は純水にのみ適用されることに注意してください。塩水 (および海) の密度は、溶解する塩の量によって異なります。海水の密度は 1.02g/cm3 から 1.03g/cm3 で、純水よりやや高いです。
水の密度に影響する要因
多くの変数が物質の密度に影響を与える可能性があります。次の変数は水の密度に影響します:
- 水の密度は 1 立方センチメートルあたり約 1 グラム (1 g/cm3) です。
- 関係は本質的に単調ではなく、非線形で単峰性であると述べられていますが、温度に依存しています。
- 他の物質と同様に、液体の水は室温から冷やすと次第に密度が高くなる傾向がありますが、純水は約 4°C で密度が最大になると言われています。
- さらに冷やすと、膨張して密度が低下します。高い分子間力、配向に依存する相互作用、または接触により、溶融シリカにこの異常な負の熱膨張が生じます。
塩分濃度は密度に影響
塩が淡水に溶けると、水の質量の増加に応じて水の密度が増加します。塩分とは、水のサンプルに溶解している塩の量を指す用語です。水に溶ける塩の量が多いほど、塩味が強くなります。同じ体積の 2 つの水のサンプルを比較すると、塩分濃度の高い水のサンプルは質量が大きくなり、密度が高くなります。
密度に対する温度の影響
温度も水の密度に影響を与える可能性があります。同じ体積の水を加熱または冷却すると、水の密度が変化します。水は加熱すると膨張し、体積が増えます。水は、熱くなるにつれて、より多くの面積を占め、密度が低くなります。塩分濃度または質量が同じ場合、温度が高い水のサンプルは体積が大きいため、密度が低くなります。
密度と温度の関係
密度と温度の関係は反比例します。つまり、密度は反対方向の温度に比例します。単位体積に関してこれが意味すること:
- 密度が高くなると温度が下がります。
- 密度が低下すると温度が上昇します。
- 温度が上昇すると、密度が低下します。
- 温度が下がると密度が上がります。
物質の密度は、その質量をその体積で割ることによって決定できます。密度式は d =m/v で、密度は記号「d」で表されます。
氷は水より密度が低い
このビューでは、氷山の一部が水中にあります。当然のことながら、氷山の質量はほぼ完全に海面下にあります。氷は水より密度が低いからです。氷は凍ると約 9% の密度を失います。さまざまな密度の水がどのように存在するかを確認する最良の方法は、凍った水を見ることです。氷の分子は、液体の水のようにランダムではなく、規則的な格子で組織化されています。格子構造により水分子が液体よりも広がるため、氷は水よりも密度が低くなります。ありがたいことに、私たちのアイスティーは溶けませんでした。さもなければ、グラスの端にある角氷の楽しい音が聞こえませんでした.氷には空気が存在するため、その密度は水の密度とは異なります。角氷 (または氷山) の約 10% が水面上にあります。
水のこの特性は、地球上のすべての生命にとって不可欠です。密度の高い水 (39°F/4°C) は、湖やその他の水域の底に沈みます。水が凝固点で最も厚い場合、湖は底から凍ります。また、水の熱容量が大きいため、一部の凍った湖は夏に完全に解凍されない場合があります。
水の密度は、溶解している物質の量に依存するため、注意が必要です。自然の水には、ミネラル、ガス、塩、殺虫剤、病原体が含まれています。 1 ガロンの水は、より多くのものを溶解するにつれて、より重く、より密度が高くなります。海洋水は、純粋な水よりも密度が高くなります。
結論
物理学と工学では、密度は基本的な概念です。密度はオブジェクトの質量と密接に関連しているだけでなく、オブジェクトが流体の表面に置かれたときに浮くかどうかを決定する上でも重要です。密度は基本的な力ほど重要ではありませんが、理解すべき物質の最も重要な特性の 1 つです。
