Калькуляторы
Таблица плотности жидкостей и газов: вода, масло, воздух
Таблица плотности жидкостей и газов: вода, масло, воздух
Введение в физику плотности
Физическая таблица плотности представляет собой один из важнейших справочных материалов в современной науке и промышленности. Плотность — это физическая величина, определяемая как отношение массы тела к занимаемому им объёму. В Международной системе единиц (СИ) плотность измеряется в килограммах на кубический метр (кг/м³), хотя широко используются и другие единицы измерения, такие как г/см³ или кг/л.
где:
ρ (ро) — плотность вещества, кг/м³
m — масса вещества, кг
V — объём вещества, м³
Таблица плотности жидкостей и газов имеет фундаментальное значение для физики и инженерных расчетов. Знание плотности необходимо для множества практических задач: от проектирования гидравлических систем до расчета подъемной силы в авиации. Таблица плотности жидкостей физика особенно важна для понимания процессов, происходящих в природе и технике.
Основы плотности материалов
Таблица плотности материалов охватывает широкий спектр веществ от металлов и минералов до органических соединений. Физическая таблица плотности является неотъемлемой частью справочников по физике и химии, предоставляя базовые данные для научных и инженерных расчетов.
Плотность является интенсивной величиной, то есть не зависит от количества вещества. В то же время, она может существенно различаться между агрегатными состояниями одного и того же вещества. Например, лёд имеет меньшую плотность, чем жидкая вода, что объясняет его плавание на поверхности.
| Агрегатное состояние | Характерный диапазон плотностей | Особенности измерения |
|---|---|---|
| Твердые тела | 1000-20000 кг/м³ | Относительно постоянная при нормальных условиях |
| Жидкости | 600-1800 кг/м³ | Зависит от температуры (обычно уменьшается при нагревании) |
| Газы | 0.1-10 кг/м³ | Сильно зависит от температуры и давления |
Большая таблица плотности жидкостей
Таблица плотности жидкостей представляет особый интерес для многих отраслей промышленности — от нефтегазовой до фармацевтической. Знание этого параметра позволяет рассчитывать объемы хранения, необходимую мощность насосов, прогнозировать поведение жидкостей при смешивании и многое другое.
| Жидкость | Плотность, кг/м³ (при 20°C) | Плотность, г/см³ |
|---|---|---|
| Ацетон | 790 | 0.790 |
| Бензин | 700-750 | 0.700-0.750 |
| Глицерин | 1260 | 1.260 |
| Дизельное топливо | 820-860 | 0.820-0.860 |
| Этанол (спирт этиловый) | 789 | 0.789 |
| Керосин | 780-820 | 0.780-0.820 |
| Молоко | 1027-1033 | 1.027-1.033 |
| Ртуть | 13546 | 13.546 |
| Серная кислота (концентрированная) | 1830 | 1.830 |
| Уксусная кислота | 1049 | 1.049 |
Таблица плотности воды
Вода — одно из самых распространенных веществ на Земле. Таблица плотности воды является основой для многих расчетов в гидравлике, метеорологии, океанологии и других науках. Интересной особенностью воды является то, что её максимальная плотность достигается не при температуре замерзания (0°C), а при 4°C, что имеет огромное значение для водных экосистем.
| Температура, °C | Плотность воды, кг/м³ | Плотность воды, г/см³ |
|---|---|---|
| 0 (лёд) | 917 | 0.917 |
| 0 | 999.841 | 0.999841 |
| 4 | 999.973 | 0.999973 |
| 10 | 999.703 | 0.999703 |
| 20 | 998.203 | 0.998203 |
| 30 | 995.647 | 0.995647 |
| 40 | 992.219 | 0.992219 |
| 50 | 988.037 | 0.988037 |
| 60 | 983.200 | 0.983200 |
| 70 | 977.773 | 0.977773 |
| 80 | 971.801 | 0.971801 |
| 90 | 965.323 | 0.965323 |
| 100 | 958.366 | 0.958366 |
Морская вода имеет более высокую плотность из-за растворенных солей:
| Тип воды | Соленость, ‰ | Плотность при 20°C, кг/м³ |
|---|---|---|
| Пресная вода | < 0.5 | 998.2 |
| Солоноватая вода | 0.5-30 | 998.2-1022 |
| Морская вода (среднее) | 35 | 1024 |
| Вода Мертвого моря | 270-300 | 1240 |
Таблицы плотности масла
Таблицы плотности масла имеют большое значение для пищевой, нефтяной и машиностроительной промышленности. Различные масла имеют различную плотность, что влияет на их применение и условия хранения. Плотность масла зависит от его химического состава, происхождения и степени очистки.
| Тип масла | Плотность при 20°C, кг/м³ | Примечания |
|---|---|---|
| Оливковое масло | 910-920 | Зависит от сорта и региона |
| Подсолнечное масло | 915-923 | Рафинированное |
| Кукурузное масло | 914-921 | - |
| Рапсовое масло | 913-918 | - |
| Кокосовое масло | 924-929 | Твердое при комнатной температуре |
| Пальмовое масло | 891-899 | - |
Для технических и смазочных масел плотность также является важной характеристикой:
| Тип технического масла | Плотность при 20°C, кг/м³ | Применение |
|---|---|---|
| Моторное масло (SAE 10W-40) | 860-890 | Двигатели внутреннего сгорания |
| Трансмиссионное масло | 870-910 | Трансмиссии и редукторы |
| Гидравлическое масло | 860-880 | Гидравлические системы |
| Трансформаторное масло | 850-890 | Электрические трансформаторы |
| Компрессорное масло | 840-920 | Компрессоры |
| Силиконовое масло | 950-970 | Специальные применения |
Для нефти и нефтепродуктов используется специальная шкала API (American Petroleum Institute), которая связана с плотностью следующим образом:
где:
°API — градусы API
ρ — относительная плотность нефти к воде при 60°F (15.6°C)
| Тип нефти | Градусы API | Плотность, кг/м³ |
|---|---|---|
| Легкая нефть | > 31.1 | < 870 |
| Средняя нефть | 22.3-31.1 | 870-920 |
| Тяжелая нефть | 10-22.3 | 920-1000 |
| Сверхтяжелая нефть | < 10 | > 1000 |
Другие жидкости
Таблица плотности жидкостей включает также множество других веществ, важных для различных отраслей промышленности и науки:
| Жидкость | Плотность при 20°C, кг/м³ | Применение |
|---|---|---|
| Жидкий азот (-196°C) | 808 | Криогенная техника |
| Жидкий кислород (-183°C) | 1141 | Ракетное топливо |
| Аммиак жидкий | 682 | Холодильная техника |
| Хлороформ | 1489 | Лабораторные исследования |
| Тетрахлорметан | 1595 | Органический синтез |
| Бензол | 879 | Химическая промышленность |
| Толуол | 867 | Растворитель |
| Метанол | 792 | Топливо, растворитель |
| Глицерин | 1261 | Фармацевтика, косметика |
| Концентрированная соляная кислота | 1190 | Химическая промышленность |
Плотность газов: таблица и свойства
Плотность газов существенно отличается от плотности жидкостей и твердых тел, будучи на несколько порядков меньше. Плотность газов таблица представляет особый интерес для многих отраслей: от метеорологии и экологии до газовой промышленности и медицины.
В отличие от жидкостей и твердых тел, плотность газа сильно зависит от давления и температуры, что описывается уравнением состояния идеального газа:
или
p·V = m·(R/M)·T
откуда плотность:
ρ = m/V = (p·M)/(R·T)
где:
p — давление газа, Па
V — объем газа, м³
n — количество вещества, моль
m — масса газа, кг
R — универсальная газовая постоянная, 8.31446 Дж/(моль·К)
T — температура газа, К
M — молярная масса газа, кг/моль
Плотности газов при нормальных условиях
Плотности газов при нормальных условиях таблица обычно подразумевает значения при температуре 0°C (273.15 K) и давлении 101.325 кПа (1 атмосфера). Таблица плотности некоторых газов при этих условиях:
| Газ | Плотность, кг/м³ | Молярная масса, г/моль |
|---|---|---|
| Водород (H₂) | 0.0899 | 2.016 |
| Гелий (He) | 0.1785 | 4.003 |
| Азот (N₂) | 1.2506 | 28.013 |
| Кислород (O₂) | 1.4289 | 31.999 |
| Воздух (смесь) | 1.2929 | 28.965 |
| Аргон (Ar) | 1.7837 | 39.948 |
| Диоксид углерода (CO₂) | 1.9767 | 44.010 |
| Метан (CH₄) | 0.7168 | 16.043 |
| Пропан (C₃H₈) | 2.0110 | 44.097 |
| Бутан (C₄H₁₀) | 2.7090 | 58.124 |
| Аммиак (NH₃) | 0.7714 | 17.031 |
| Хлор (Cl₂) | 3.2140 | 70.906 |
Таблица плотности газа при различных температурах
Таблица плотности газа при температуре имеет важное значение для технических расчетов. При постоянном давлении плотность газа обратно пропорциональна абсолютной температуре, согласно закону Шарля:
где:
ρ₁ — плотность при температуре T₁
ρ₂ — плотность при температуре T₂
T₁, T₂ — абсолютные температуры (в Кельвинах)
Пример изменения плотности воздуха с температурой (при стандартном давлении 101.325 кПа):
| Температура, °C | Температура, K | Плотность воздуха, кг/м³ |
|---|---|---|
| -50 | 223.15 | 1.5829 |
| -40 | 233.15 | 1.5146 |
| -30 | 243.15 | 1.4535 |
| -20 | 253.15 | 1.3986 |
| -10 | 263.15 | 1.3467 |
| 0 | 273.15 | 1.2929 |
| 10 | 283.15 | 1.2466 |
| 20 | 293.15 | 1.2041 |
| 30 | 303.15 | 1.1649 |
| 40 | 313.15 | 1.1287 |
| 50 | 323.15 | 1.0949 |
| 60 | 333.15 | 1.0636 |
| 70 | 343.15 | 1.0340 |
| 80 | 353.15 | 1.0063 |
| 90 | 363.15 | 0.9803 |
| 100 | 373.15 | 0.9559 |
Плотность углекислого газа
Плотность углекислого газа таблица представляет особый интерес в контексте экологических исследований, пожаротушения и пищевой промышленности. CO₂ тяжелее воздуха примерно в 1.5 раза, что влияет на его поведение в помещениях и природной среде.
| Температура, °C | Давление, кПа | Плотность CO₂, кг/м³ |
|---|---|---|
| 0 | 101.325 | 1.9767 |
| 20 | 101.325 | 1.8393 |
| 25 | 101.325 | 1.7970 |
| 30 | 101.325 | 1.7559 |
| 20 | 200 | 3.6311 |
| 20 | 300 | 5.4924 |
| 20 | 400 | 7.3834 |
| 20 | 500 | 9.2916 |
Плотность газовых смесей
Плотность газовых смесей таблица имеет важное значение для газовой промышленности, теплотехники и экологических исследований. Для расчета плотности смеси идеальных газов используется принцип аддитивности:
или
1/ρₘₑₓ = Σ(xᵢ/ρᵢ)
где:
ρₘₑₓ — плотность смеси
rᵢ — массовая доля i-го компонента
ρᵢ — плотность i-го компонента
xᵢ — объемная доля i-го компонента
| Газовая смесь | Состав (об. %) | Плотность при 20°C и 101.325 кПа, кг/м³ |
|---|---|---|
| Сухой воздух | N₂ (78.09%), O₂ (20.95%), Ar (0.93%), CO₂ (0.04%) | 1.2041 |
| Влажный воздух (50% отн. влажности при 20°C) | Сухой воздух + H₂O (1.2%) | 1.1937 |
| Синтез-газ (типичный) | CO (45%), H₂ (45%), CO₂ (5%), CH₄ (5%) | 0.8559 |
| Дымовые газы (природный газ) | CO₂ (8-10%), H₂O (15-20%), N₂ (70-75%), O₂ (2-5%) | 1.1086 |
| Биогаз (типичный) | CH₄ (60%), CO₂ (35%), N₂ (3%), H₂S (2%) | 1.1457 |
1/ρₘₑₓ = 0.7/0.6679 + 0.3/1.8687 = 1.0479 + 0.1605 = 1.2084
ρₘₑₓ = 1/1.2084 = 0.8275 кг/м³
Таблица плотности природного газа
Таблица плотности природного газа имеет важное значение для газовой промышленности и коммунального хозяйства. Природный газ — это смесь углеводородов, преимущественно метана, с различными примесями.
| Тип природного газа | Состав (основные компоненты) | Плотность при 20°C и 101.325 кПа, кг/м³ |
|---|---|---|
| Сухой природный газ (типичный) | CH₄ (85-95%), C₂H₆ (3-8%), N₂ (1-5%) | 0.7000-0.7800 |
| Жирный природный газ | CH₄ (70-85%), C₂H₆ (5-15%), C₃H₈ (2-10%), C₄+ (1-4%) | 0.7800-0.9000 |
| Россия (средний состав) | CH₄ (92-98%), C₂H₆ (2-5%), N₂ (0.5-2%) | 0.6800-0.7300 |
| Норвегия (средний состав) | CH₄ (85-92%), C₂H₆ (5-9%), C₃H₈ (1-3%) | 0.7800-0.8500 |
| Алжир (средний состав) | CH₄ (81-87%), C₂H₆ (7-10%), C₃H₈ (2-3%) | 0.7900-0.8700 |
| США (сланцевый газ) | CH₄ (80-90%), C₂H₆ (5-15%), CO₂ (1-5%) | 0.7500-0.8300 |
Для природного газа особое значение имеет число Воббе (Wobbe Index) — показатель, характеризующий теплотворную способность газа относительно его плотности:
где:
W — число Воббе, МДж/м³
Qₛ — высшая теплотворная способность, МДж/м³
d — относительная плотность газа по воздуху
Расчеты и формулы для определения плотности
Существует несколько методов измерения и расчета плотности в зависимости от агрегатного состояния вещества и требуемой точности.
Экспериментальные методы определения плотности жидкостей:
| Метод | Описание | Точность |
|---|---|---|
| Пикнометрический | Использование сосуда известного объема (пикнометра) | Высокая (до 0.01%) |
| Ареометрический | Измерение глубины погружения поплавка (ареометра) | Средняя (0.1-1%) |
| Гидростатическое взвешивание | Измерение выталкивающей силы | Высокая (до 0.01%) |
| Вибрационный | Анализ частоты колебаний U-образной трубки | Очень высокая (до 0.001%) |
Для газов используются следующие методы:
| Метод | Описание | Применение |
|---|---|---|
| Весовой | Взвешивание баллона известного объема до и после заполнения газом | Лабораторные исследования |
| Скоростной | Измерение скорости звука в газе | Промышленные измерения |
| Термокондуктометрический | Измерение теплопроводности газа | Анализ состава смесей |
| Вибрационный | Анализ частоты колебаний тела в газе | Высокоточные измерения |
Найдем плотность метана при давлении 2 МПа и температуре 50°C.
Используем формулу: ρ = (p·M)/(R·T)
Дано:
p = 2·10⁶ Па
M = 16.043·10⁻³ кг/моль
R = 8.31446 Дж/(моль·К)
T = 273.15 + 50 = 323.15 К
Расчет:
ρ = (2·10⁶ · 16.043·10⁻³)/(8.31446 · 323.15) = 12.00 кг/м³
(p + a/V²)(V - b) = RT
где:
a — константа, учитывающая межмолекулярное притяжение
b — константа, учитывающая собственный объем молекул
V — молярный объем
Практическое применение данных о плотности
Знание плотности жидкостей и газов имеет множество практических применений в различных областях науки и техники:
| Область применения | Использование данных о плотности |
|---|---|
| Нефтегазовая промышленность |
|
| Метеорология |
|
| Авиация |
|
| Химическая промышленность |
|
| Машиностроение |
|
| Экология |
|
| Криогенная техника |
|
Источники и отказ от ответственности
Примечание: Данная статья носит исключительно ознакомительный характер. Представленные данные о плотности жидкостей и газов были собраны из различных научных и технических источников и приведены для общего ознакомления.
Источники информации:
- Справочник по физико-техническим основам криогеники / Под ред. М.П. Малкова. - М.: Энергоатомиздат, 1985.
- Физические величины: Справочник / Под ред. И.С. Григорьева, Е.З. Мейлихова. - М.: Энергоатомиздат, 1991.
- Варгафтик Н.Б. Справочник по теплофизическим свойствам газов и жидкостей. - М.: Наука, 1972.
- Теплофизические свойства технически важных газов при высоких температурах и давлениях: Справочник / В.Н. Зубарев, А.Д. Козлов, В.М. Кузнецов и др. - М.: Энергоатомиздат, 1989.
- Физические свойства жидкостей и газов: Справочник / Под ред. П.Г. Романкова. - Л.: Химия, 1987.
- International Association for the Properties of Water and Steam, "Revised Release on the IAPWS Industrial Formulation 1997 for the Thermodynamic Properties of Water and Steam," 2007.
- Национальный институт стандартов и технологий (NIST), База данных термофизических свойств веществ.
- Американское общество инженеров-механиков (ASME), Стандарты и руководства.
- Международный союз чистой и прикладной химии (IUPAC), Рекомендованные значения термодинамических свойств.
Отказ от ответственности: Автор не несет ответственности за любые ошибки, неточности или устаревшие данные, которые могут содержаться в этой статье. Для проведения точных инженерных расчетов, научных исследований или промышленного применения следует использовать официальные и актуальные справочные данные из специализированных источников. Перед использованием информации в практических целях необходимо проверить актуальность и точность данных в соответствующих стандартах и руководствах.
Все значения плотности приведены для температуры 20°C и давления 101.325 кПа (1 атм), если не указано иное. При использовании данных для других условий необходимо вносить соответствующие поправки.
