Densitat i pes específic de l’aigua: massa d’1 litre i d’1 m³

A una temperatura ambient d’uns 20 °C, la densitat de l’aigua pura és aproximadament de 998,2 kg/m³. Per tant, 1 litre d’aigua té una massa d’uns 0,9982 kg, mentre que 1 m³ en té uns 998,2 kg. Per a càlculs quotidians i estimacions preliminars, aquests valors se solen arrodonir: 1 litre d’aigua ≈ 1 kg i 1 m³ ≈ 1000 kg.

Tanmateix, la densitat de l’aigua depèn de la temperatura. L’aigua líquida arriba a la densitat màxima aproximadament a 4 °C, amb uns 999,975 kg/m³. Per sobre d’aquesta temperatura, l’aigua s’expandeix quan s’escalfa i, per tant, la massa continguda en un mateix volum disminueix gradualment.

Cal distingir entre massa, densitat i pes específic. El quilogram és una unitat de massa. La densitat s’expressa, per exemple, en kg/m³. En física, el pes específic és el pes, és a dir, una força, per unitat de volum i s’expressa en N/m³.

Densitat de l’aigua a diferents temperatures

La taula mostra valors per a aigua pura entre 0 i 40 °C, arrodonits per a càlculs pràctics. En treballs de laboratori, metrologia i altres aplicacions de precisió també cal tenir en compte la composició de l’aigua, els gasos dissolts, la pressió i les condicions exactes de mesura.

El valor 1000 kg/m³ a 4 °C és pràctic per a càlculs ràpids, però està arrodonit. El valor més precís de la densitat de l’aigua pura a prop d’aquesta temperatura és lleugerament inferior a 1000 kg/m³.

Quant pesa 1 litre d’aigua?

Un litre equival a 0,001 m³. La massa de l’aigua es calcula amb la fórmula:

m = ρ × V

on:

• m — massa, kg;
• ρ — densitat de l’aigua, kg/m³;
• V — volum, m³.

Per a 1 litre d’aigua a 20 °C:

V = 1 L = 0,001 m³

m = 998,2 × 0,001 ≈ 0,9982 kg

Per tant, a 20 °C un litre d’aigua pura té una massa aproximada de 998 g. La diferència respecte de la regla pràctica «1 litre = 1 kg» és petita i sovint s’ignora en els càlculs quotidians.

Quant pesa 1 m³ d’aigua?

Per a un metre cúbic, el càlcul és encara més senzill perquè el volum ja és 1 m³:

m = ρ × 1

A 20 °C:

m ≈ 998,2 kg

Així, 1 m³ d’aigua pura a 20 °C té una massa d’uns 998,2 kg, és a dir, aproximadament 0,998 t.

A prop de 4 °C, la massa d’1 m³ d’aigua és pràcticament una tona.

Com calcular la massa de qualsevol volum d’aigua

Si el volum està indicat en litres, primer s’ha de convertir a metres cúbics:

V(m³) = V(L) / 1000

Després s’aplica:

m = ρ × V

Exemple: calculem la massa de 50 litres d’aigua a 20 °C.

1. Convertim el volum: 50 L = 0,05 m³.
2. Fem servir la densitat: ρ ≈ 998,2 kg/m³.
3. Calculem: m = 998,2 × 0,05 ≈ 49,91 kg.

Per tant, 50 litres d’aigua a 20 °C tenen una massa d’uns 49,9 kg.

Amb el mateix procediment, 200 litres a 20 °C tenen una massa aproximada de:

998,2 × 0,2 ≈ 199,6 kg

Per què la temperatura modifica la densitat de l’aigua

Quan canvia la temperatura, també canvia la distància mitjana entre les molècules. Per això, un mateix volum d’aigua pot contenir una massa lleugerament diferent.

L’aigua té una particularitat: la densitat màxima es produeix aproximadament a 4 °C. Quan es refreda encara més cap al punt de congelació, la densitat torna a disminuir lleugerament. Per això el valor a 0 °C és inferior al de 4 °C.

Per sobre de 4 °C, l’aigua s’expandeix quan s’escalfa. Per exemple, un litre a 40 °C conté menys massa que un litre a 20 °C.

No s’ha de confondre un canvi de densitat amb un canvi de massa total. Si s’escalfa un recipient tancat amb una quantitat fixa d’aigua sense perdre’n, la massa es manté igual mentre el volum canvia.

Densitat i pes específic de l’aigua: quina diferència hi ha?

La densitat és la relació entre massa i volum:

ρ = m / V

La unitat SI de densitat és kg/m³.

El pes específic és el pes per unitat de volum:

γ = ρ × g

on:

• γ — pes específic, N/m³;
• ρ — densitat, kg/m³;
• g — acceleració de la gravetat, m/s².

Si s’utilitza el valor estàndard g = 9,80665 m/s², per a l’aigua a 20 °C:

γ ≈ 998,2 × 9,80665 ≈ 9790 N/m³

o aproximadament 9,79 kN/m³.

En algunes taules d’ús general, l’expressió «pes específic de l’aigua» s’utilitza de manera imprecisa com a sinònim de densitat i es dona una xifra en kg/m³. Físicament són magnituds diferents: kg/m³ correspon a la densitat i N/m³ al pes específic.

De què més depèn la densitat real de l’aigua?

La temperatura no és l’únic factor. El valor real també depèn de:

• sals i altres substàncies dissoltes;
• gasos dissolts;
• pressió;
• composició química i isotòpica;
• precisió de la mesura de temperatura i volum.

Per tant, els valors de l’aigua pura no s’han de considerar automàticament exactes per a l’aigua de mar, l’aigua mineral, l’aigua de procés o les solucions salines concentrades.

Per a recipients domèstics, dipòsits, reservoris i estimacions aproximades de càrrega, normalment n’hi ha prou amb considerar 1 kg per litre. Si el càlcul afecta el calibratge, la dosificació, un procés tècnic o una càrrega de disseny, cal utilitzar la densitat corresponent a la temperatura i la composició reals de l’aigua.

Com convertir quilograms d’aigua en litres

Si es coneix la massa, el volum es calcula amb la fórmula inversa:

V = m / ρ

A 20 °C, una tona d’aigua pura ocupa:

V = 1000 / 998,2 ≈ 1,0018 m³

és a dir, aproximadament 1001,8 litres.

A prop de 4 °C, el mateix càlcul dona un valor molt proper als 1000 litres.

Comparació amb altres líquids

L’aigua és una referència útil perquè la seva densitat és propera als 1000 kg/m³. Molts líquids habituals són més lleugers o més pesants.

Per comparar, podeu consultar quant pesa 1 litre de gasolina i com la densitat del petroli afecta la massa d’un litre.