Tìm hiểu khối lượng riêng của nước là gì

Khối lượng riêng của nước là gì hay khối lượng riêng của nước đá là bao nhiêu là câu hỏi được nhiều kỹ sư, thợ thi công và người quan tâm đến các hệ thống nước đặt ra. Những giá trị này không chỉ ảnh hưởng đến tính toán áp lực, chọn vật liệu cho ống dẫn hay van, mà còn giải thích các hiện tượng tự nhiên như băng nổi trên mặt nước. Hãy cùng chúng tôi đi sâu vào tìm hiểu chi tiết qua bài viết dưới đây.

1. Khối lượng riêng của nước là gì

Khối lượng riêng của nước là đại lượng cho biết nước nặng hay nhẹ bao nhiêu trong một đơn vị thể tích, thường tính theo đơn vị kg/m³ hoặc g/cm³. Nói cách khác, khối lượng riêng của nước biểu thị mối quan hệ giữa khối lượng và thể tích của nước, giúp ta biết được trong 1 m³ nước có bao nhiêu kilogam, hoặc trong 1 lít nước có bao nhiêu gam

2. Đơn vị đo khối lượng riêng nước

Khối lượng riêng của nước có thể được biểu diễn bằng nhiều đơn vị tùy theo hệ đo lường và mục đích sử dụng. Dưới đây là các đơn vị phổ biến nhất dùng để đo khối lượng riêng của nước:

• kg/m³ (kilogam trên mét khối): Đơn vị chuẩn trong hệ SI, được dùng phổ biến trong kỹ thuật và tính toán thể tích lớn
• G/cm³ (gam trên xăng-ti-mét khối): Dùng trong hóa học, thí nghiệm; 1 g/cm³ tương đương 1000 kg/m³
• Kg/L (kilogam trên lít): Dễ hình dung trong thực tế; 1 kg/L bằng 1000 kg/m³
• G/mL (gam trên mililit): Ứng dụng nhiều trong đo lường chính xác, tương đương 1 g/cm³
• Lb/ft³ (pound trên feet khối): Xuất hiện trong hệ đo lường Anh – Mỹ, dùng khi xử lý tài liệu kỹ thuật nhập khẩu

3. Công thức tính khối lượng riêng của nước

Khối lượng riêng của nước được xác định dựa trên mối quan hệ giữa khối lượng và thể tích. Đây là công thức cơ bản trong cơ học chất lỏng, được sử dụng khi tính toán lưu lượng, áp lực hoặc kiểm tra chất lượng nước.

Công thức chung:

• D = m / V

Trong đó:​

• D là khối lượng riêng của nước
• m là khối lượng (kg hoặc g)
• V là thể tích (m³, cm³, L…)

Giải thích kỹ thuật: Khi biết khối lượng riêng nước và thể tích chứa nước, bạn chỉ cần chia m cho V sẽ ra khối lượng riêng. Trong điều kiện chuẩn, nếu m = 1 kg và V = 0,001 m³ thì D = 1000 kg/m³

4. Khối lượng riêng của nước đá

Khối lượng riêng của nước đá là đại lượng cho biết một đơn vị thể tích của nước ở trạng thái rắn nặng bao nhiêu. Khi nước chuyển từ lỏng sang rắn, cấu trúc tinh thể thay đổi khiến khối lượng riêng giảm, tạo nên hiện tượng băng đá nổi trên nước.

• Khối lượng riêng của nước đá là bao nhiêu?
  • Giá trị trung bình của khối lượng riêng của nước đá vào khoảng 920 kg/m³, thấp hơn đáng kể so với nước lạnh lý tưởng ở 4°C (~1000 kg/m³).
• Tại sao khối lượng riêng của nước đá lại nhỏ hơn nước?
  • Khi đông đặc, các phân tử nước sắp xếp theo mạng tinh thể lục giác, tạo ra nhiều khoảng trống. Thể tích tăng lên trong khi khối lượng giữ nguyên → khối lượng riêng của nước đá giảm
• Ý nghĩa kỹ thuật:
  • Do khối lượng riêng của nước đá nhỏ hơn nước, băng có xu hướng nổi. Điều này quan trọng trong tính toán nhiệt, thiết kế kho lạnh, hệ thống làm đá, và mô phỏng ảnh hưởng của băng tuyết trên công trình
• So sánh nhanh:
  • Khối lượng riêng nước lý tưởng (4°C): ~999,9 kg/m³
  • Khối lượng riêng của nước đá: ~ 920 kg/m³
  • Giảm khoảng 8 ~ 9% khi nước đóng băng

5. Bảng khối lượng riêng của nước theo nhiệt độ

Bảng khối lượng riêng của nước theo nhiệt độ cho biết một đơn vị thể tích nước nặng bao nhiêu ở từng nhiệt độ khác nhau. Thông tin này rất quan trọng để tra cứu nhanh khối lượng rieng nước trong bể, ống dẫn, hệ thống làm lạnh, hoặc trong các thí nghiệm vật lý và hóa học

Dưới đây là bảng tra khối lượng riêng của nước theo nhiệt độ từ 0 ~ 100 độ C:

6. Khối lượng riêng của nước tinh khiết

Khối lượng riêng của nước tinh khiết là một chỉ số đặc trưng phản ánh mật độ thực sự của nước không chứa tạp chất hay hóa chất hòa tan. Khác với nước thông thường, nước tinh khiết có giá trị khối lượng riêng ổn định hơn, là cơ sở để so sánh với các loại nước khác và làm chuẩn trong các phép đo vật lý – kỹ thuật.

7. Ứng dụng khối lượng riêng nước

Khối lượng riêng của nước là thông số quan trọng trong công nghiệp, giúp kỹ sư tính toán áp lực, tải trọng và lưu lượng trong các hệ thống nước, từ đó đảm bảo vận hành an toàn và hiệu quả.

7.1 Trong ngành ống

Khối lượng riêng của nước là thông số quan trọng khi thiết kế hệ thống ống dẫn, vì nó giúp kỹ sư tính toán chính xác áp lực tĩnh và tải trọng thủy tĩnh tác động lên đường ống. Dựa trên giá trị khối lượng riêng, kỹ sư xác định vật liệu và kích thước ống phù hợp để đảm bảo an toàn và độ bền trong vận hành.

Trong các hệ thống cấp nước, các loại ống nhựa PVC hoặc ống nhựa uPVC thường được lựa chọn dựa trên khối lượng riêng của nước, đảm bảo chịu được áp lực nước và không bị biến dạng hay nứt vỡ trong quá trình sử dụng.

7.2 Trong ngành van

Trong ngành van, khối lượng riêng của nước giúp xác định lực tác động lên van, từ đó chọn loại van có khả năng chịu áp lực và vận hành ổn định. Các loại van nước như: Van điện từ nước hay van giảm áp nước đều được thiết kế dựa trên giá trị khối lượng riêng chuẩn để đảm bảo tuổi thọ và hiệu quả vận hành