Ketumpatan dan berat tentu air: jisim 1 liter dan 1 m³

Pada suhu bilik sekitar 20 °C, ketumpatan air tulen ialah kira-kira 998.2 kg/m³. Oleh itu, 1 liter air mempunyai jisim kira-kira 0.9982 kg, manakala 1 m³ kira-kira 998.2 kg. Untuk pengiraan harian dan anggaran awal, nilai ini biasanya dibundarkan: 1 liter air ≈ 1 kg dan 1 m³ ≈ 1000 kg.

Walau bagaimanapun, ketumpatan air bergantung pada suhu. Air dalam keadaan cecair mencapai ketumpatan maksimum pada kira-kira 4 °C, iaitu sekitar 999.975 kg/m³. Di atas suhu ini, air mengembang apabila dipanaskan, jadi jisim yang terkandung dalam isipadu yang sama berkurang secara beransur-ansur.

Penting untuk membezakan jisim, ketumpatan dan berat tentu. Kilogram ialah unit jisim. Ketumpatan dinyatakan, contohnya, dalam kg/m³. Dalam pengertian fizik, berat tentu ialah daya berat bagi setiap unit isipadu dan dinyatakan dalam N/m³.

Ketumpatan air pada suhu yang berbeza

Jadual berikut menunjukkan nilai air tulen antara 0 hingga 40 °C yang telah dibundarkan untuk pengiraan praktikal. Bagi kerja makmal, metrologi dan aplikasi berketepatan tinggi yang lain, komposisi air, gas terlarut, tekanan dan keadaan pengukuran sebenar juga perlu diambil kira.

Nilai 1000 kg/m³ pada 4 °C mudah digunakan untuk pengiraan pantas, tetapi ia ialah nilai yang dibundarkan. Ketumpatan air tulen yang lebih tepat berhampiran suhu ini sedikit di bawah 1000 kg/m³.

Berapakah jisim 1 liter air?

Satu liter bersamaan 0.001 m³. Jisim air boleh dikira dengan formula:

m = ρ × V

di mana:

• m — jisim, kg;
• ρ — ketumpatan air, kg/m³;
• V — isipadu, m³.

Bagi 1 liter air pada 20 °C:

V = 1 L = 0.001 m³

m = 998.2 × 0.001 ≈ 0.9982 kg

Jadi pada 20 °C, satu liter air tulen mempunyai jisim kira-kira 998 g. Perbezaannya daripada kaedah anggaran biasa “1 liter = 1 kg” adalah kecil, lalu sering diabaikan dalam pengiraan harian.

Berapakah jisim 1 m³ air?

Bagi satu meter padu, pengiraannya lebih mudah kerana isipadu sudah sama dengan 1 m³:

m = ρ × 1

Pada 20 °C:

m ≈ 998.2 kg

Oleh itu, 1 m³ air tulen pada 20 °C mempunyai jisim kira-kira 998.2 kg, atau sekitar 0.998 t.

Pada suhu berhampiran 4 °C, jisim 1 m³ air hampir sama dengan satu tan.

Cara mengira jisim bagi sebarang isipadu air

Jika isipadu diberikan dalam liter, tukarkannya terlebih dahulu kepada meter padu:

V(m³) = V(L) / 1000

Kemudian gunakan:

m = ρ × V

Contohnya, tentukan jisim 50 liter air pada 20 °C.

1. Tukar isipadu: 50 L = 0.05 m³.
2. Gunakan ketumpatan: ρ ≈ 998.2 kg/m³.
3. Kira: m = 998.2 × 0.05 ≈ 49.91 kg.

Maka 50 liter air pada 20 °C mempunyai jisim kira-kira 49.9 kg.

Dengan kaedah yang sama, 200 liter pada 20 °C mempunyai jisim kira-kira:

998.2 × 0.2 ≈ 199.6 kg

Mengapa suhu mengubah ketumpatan air

Apabila suhu berubah, jarak purata antara molekul juga berubah. Oleh itu, isipadu air yang sama boleh mengandungi jisim yang sedikit berbeza.

Air mempunyai sifat khusus: ketumpatan maksimumnya berlaku sekitar 4 °C. Apabila disejukkan lagi ke arah takat beku, ketumpatan menurun sedikit semula. Sebab itu nilai pada 0 °C lebih rendah daripada pada 4 °C.

Di atas 4 °C, air mengembang apabila dipanaskan. Sebagai contoh, satu liter air pada 40 °C mengandungi jisim yang lebih kecil berbanding satu liter pada 20 °C.

Perubahan ketumpatan tidak boleh disamakan dengan perubahan jumlah jisim. Jika bekas tertutup yang mengandungi jumlah air tetap dipanaskan tanpa kehilangan air, jisim kekal sama tetapi isipadunya berubah.

Perbezaan antara ketumpatan dan berat tentu air

Ketumpatan ialah nisbah jisim kepada isipadu:

ρ = m / V

Unit SI bagi ketumpatan ialah kg/m³.

Berat tentu ialah daya berat bagi setiap unit isipadu:

γ = ρ × g

di mana:

• γ — berat tentu, N/m³;
• ρ — ketumpatan, kg/m³;
• g — pecutan graviti, m/s².

Dengan menggunakan nilai piawai g = 9.80665 m/s², bagi air pada 20 °C:

γ ≈ 998.2 × 9.80665 ≈ 9790 N/m³

atau kira-kira 9.79 kN/m³.

Dalam sesetengah jadual umum, istilah “berat tentu air” digunakan secara longgar untuk ketumpatan dan nilainya diberi dalam kg/m³. Dari segi fizik, kedua-duanya ialah kuantiti yang berbeza: kg/m³ ialah ketumpatan, manakala N/m³ ialah berat tentu.

Faktor lain yang mempengaruhi ketumpatan sebenar air

Suhu bukan satu-satunya faktor. Nilai sebenar turut dipengaruhi oleh:

• garam dan bahan lain yang terlarut;
• gas terlarut;
• tekanan;
• komposisi kimia dan isotop;
• ketepatan pengukuran suhu dan isipadu.

Oleh itu, nilai untuk air tulen tidak boleh secara automatik dianggap tepat bagi air laut, air mineral, air proses atau larutan garam pekat.

Untuk bekas rumah, tangki, takungan dan anggaran kasar beban, penggunaan 1 kg bagi setiap liter biasanya mencukupi. Jika pengiraan mempengaruhi penentukuran, pendosaan, proses teknikal atau beban reka bentuk, gunakan ketumpatan pada suhu dan komposisi air sebenar.

Cara menukar kilogram air kepada liter

Jika jisim diketahui, isipadu dikira menggunakan formula songsang:

V = m / ρ

Pada 20 °C, satu tan air tulen memenuhi isipadu:

V = 1000 / 998.2 ≈ 1.0018 m³

iaitu kira-kira 1001.8 liter.

Berhampiran 4 °C, pengiraan yang sama memberikan nilai yang sangat hampir kepada 1000 liter.

Perbandingan dengan cecair lain

Air ialah rujukan yang berguna kerana ketumpatannya hampir 1000 kg/m³. Banyak cecair biasa lebih ringan atau lebih berat daripadanya.

Untuk perbandingan, lihat jisim 1 liter petrol dan bagaimana ketumpatan petroleum mempengaruhi jisim 1 liter.