Ūdens blīvums un īpatnējais svars: 1 litra un 1 m³ masa

Aptuveni 20 °C istabas temperatūrā tīra ūdens blīvums ir ap 998,2 kg/m³. Tādēļ 1 litra ūdens masa ir aptuveni 0,9982 kg, bet 1 m³ masa ir ap 998,2 kg. Sadzīves un sākotnējos aprēķinos šīs vērtības parasti noapaļo: 1 litrs ūdens ≈ 1 kg, 1 m³ ≈ 1000 kg.

Tomēr ūdens blīvums ir atkarīgs no temperatūras. Šķidrs ūdens sasniedz maksimālo blīvumu aptuveni pie 4 °C, kad tas ir ap 999,975 kg/m³. Virs šīs temperatūras, ūdenim sasilstot, tas izplešas, tāpēc vienā un tajā pašā tilpumā esošā masa pakāpeniski samazinās.

Ir svarīgi atšķirt masu, blīvumu un īpatnējo svaru. Kilograms ir masas mērvienība. Blīvumu izsaka, piemēram, kg/m³. Fizikālā nozīmē īpatnējais svars ir smaguma spēks uz tilpuma vienību, un to izsaka N/m³.

Ūdens blīvums dažādās temperatūrās

Tabulā sniegtas praktiskiem aprēķiniem noapaļotas tīra ūdens vērtības diapazonā no 0 līdz 40 °C. Laboratorijas, metroloģijas un citos precīzos darbos jāņem vērā arī ūdens sastāvs, izšķīdušās gāzes, spiediens un konkrētie mērījumu apstākļi.

Vērtība 1000 kg/m³ pie 4 °C ir ērta ātriem aprēķiniem, taču tā ir noapaļota. Precīzāks tīra ūdens blīvums šīs temperatūras tuvumā ir nedaudz mazāks par 1000 kg/m³.

Cik sver 1 litrs ūdens?

Viens litrs ir 0,001 m³. Ūdens masu aprēķina pēc formulas:

m = ρ × V

kur:

• m — masa, kg;
• ρ — ūdens blīvums, kg/m³;
• V — tilpums, m³.

1 litram ūdens pie 20 °C:

V = 1 L = 0,001 m³

m = 998,2 × 0,001 ≈ 0,9982 kg

Tātad pie 20 °C viena litra tīra ūdens masa ir aptuveni 998 g. Atšķirība no ierastā noteikuma “1 litrs = 1 kg” ir maza un ikdienas aprēķinos bieži tiek ignorēta.

Cik sver 1 m³ ūdens?

Vienam kubikmetram aprēķins ir vēl vienkāršāks, jo tilpums jau ir 1 m³:

m = ρ × 1

Pie 20 °C:

m ≈ 998,2 kg

Tātad 1 m³ tīra ūdens pie 20 °C masa ir aptuveni 998,2 kg, jeb ap 0,998 t.

Aptuveni pie 4 °C 1 m³ ūdens masa praktiski ir viena tonna.

Kā aprēķināt jebkura ūdens tilpuma masu

Ja tilpums dots litros, vispirms to pārvērš kubikmetros:

V(m³) = V(L) / 1000

Pēc tam izmanto:

m = ρ × V

Piemērs: aprēķināsim 50 litru ūdens masu pie 20 °C.

1. Pārvēršam tilpumu: 50 L = 0,05 m³.
2. Izmantojam blīvumu: ρ ≈ 998,2 kg/m³.
3. Aprēķinām: m = 998,2 × 0,05 ≈ 49,91 kg.

Tādējādi 50 litri ūdens pie 20 °C sver aptuveni 49,9 kg.

Ar to pašu metodi 200 litri pie 20 °C sver aptuveni:

998,2 × 0,2 ≈ 199,6 kg

Kāpēc temperatūra maina ūdens blīvumu

Mainoties temperatūrai, mainās arī vidējais attālums starp molekulām. Tāpēc viens un tas pats ūdens tilpums var saturēt nedaudz atšķirīgu masu.

Ūdenim ir īpaša īpašība: maksimālais blīvums ir aptuveni pie 4 °C. Turpinot dzesēt līdz sasalšanas punktam, blīvums atkal nedaudz samazinās. Tāpēc pie 0 °C vērtība ir mazāka nekā pie 4 °C.

Virs 4 °C ūdens sasilstot izplešas. Piemēram, viens litrs 40 °C temperatūrā satur mazāku masu nekā viens litrs 20 °C temperatūrā.

Blīvuma izmaiņas nedrīkst sajaukt ar kopējās masas izmaiņām. Ja slēgtā traukā ar nemainīgu ūdens daudzumu ūdeni uzsilda bez zudumiem, masa paliek tā pati, bet tilpums mainās.

Ūdens blīvums un īpatnējais svars — kāda ir atšķirība?

Blīvums ir masas attiecība pret tilpumu:

ρ = m / V

SI blīvuma mērvienība ir kg/m³.

Īpatnējais svars ir smaguma spēks uz tilpuma vienību:

γ = ρ × g

kur:

• γ — īpatnējais svars, N/m³;
• ρ — blīvums, kg/m³;
• g — brīvās krišanas paātrinājums, m/s².

Izmantojot standarta vērtību g = 9,80665 m/s², ūdenim pie 20 °C:

γ ≈ 998,2 × 9,80665 ≈ 9790 N/m³

jeb aptuveni 9,79 kN/m³.

Sadzīves tabulās izteicienu “ūdens īpatnējais svars” dažkārt neprecīzi lieto kā blīvuma sinonīmu un norāda kg/m³. Fizikāli tie ir dažādi lielumi: kg/m³ ir blīvums, bet N/m³ — īpatnējais svars.

No kā vēl atkarīgs faktiskais ūdens blīvums?

Temperatūra nav vienīgais faktors. Faktisko vērtību ietekmē arī:

• izšķīdušie sāļi un citas vielas;
• izšķīdušās gāzes;
• spiediens;
• ķīmiskais un izotopiskais sastāvs;
• temperatūras un tilpuma mērījumu precizitāte.

Tāpēc tīra ūdens vērtības nevar automātiski uzskatīt par precīzām jūras ūdenim, minerālūdenim, tehnoloģiskajam ūdenim vai koncentrētiem sāls šķīdumiem.

Sadzīves tvertnēm, rezervuāriem un aptuvenām slodzes aplēsēm parasti pietiek pieņemt 1 kg uz litru. Ja aprēķins ietekmē kalibrēšanu, dozēšanu, tehnoloģisko procesu vai projektēšanas slodzi, jāizmanto blīvums pie faktiskās ūdens temperatūras un sastāva.

Kā pārvērst ūdens kilogramus litros

Ja masa ir zināma, tilpumu aprēķina pēc apgrieztās formulas:

V = m / ρ

Pie 20 °C viena tonna tīra ūdens aizņem:

V = 1000 / 998,2 ≈ 1,0018 m³

jeb aptuveni 1001,8 litrus.

Aptuveni pie 4 °C tas pats aprēķins dod vērtību ļoti tuvu 1000 litriem.

Salīdzinājums ar citiem šķidrumiem

Ūdens ir ērts atskaites punkts, jo tā blīvums ir tuvs 1000 kg/m³. Daudzi izplatīti šķidrumi ir vieglāki vai smagāki.

Salīdzinājumam var apskatīt, cik sver 1 litrs benzīna, un kā naftas blīvums ietekmē viena litra masu.